Mikroskobun çözünürlüğünü ne belirler?
Mikroskobun çözünürlüğü yetenektir
Bu özellik öncelikle belirlenirmikroskopta kullanılan radyasyonun dalga boyu (görünür, ultraviyole, X-ışını radyasyonu). Temel sınırlama, elektromanyetik radyasyon kullanarak bu radyasyonun dalga boyundan daha küçük boyutlu bir nesnenin görüntüsünü elde etmenin imkansız olmasıdır.
Daha kısa dalga boylarına sahip radyasyon kullanıldığında mikro dünyaya "daha derine nüfuz etmek" mümkündür.
Mikroskop nasıl çalışır?
Optik sistem aşağıdakiler için tasarlanmıştır:radyasyon alanının optik sistemden önce ("nesnelerin uzayında") optik sistemden sonraki alanda ("görüntü uzayında") uzaysal dönüşümü. Bu "boşlukların" bölünmesi çok keyfidir, çünkü alanın yapısındaki değişikliklerin bakış açısından farklı olan bu "uzay" alanları bazı durumlarda (örneğin aynaları kullanırken) üç boyutlu fiziksel olarak çakışabilir. Uzay.
Bu organizasyonun eldeetkisi radyasyonun kırılması, yansıması ve saçılması olgusunda kendini gösteren şekilli optik elemanların kullanımı. Tüm bu fenomenlerin fiziksel nedeni girişimdir.
Çoğu durumda, eylemi açıklamak içinoptik bir elemanın, radyasyon alanını sezgisel bir "ışın" kavramına dayanan resmi bir geometrik modelle tanımlamayı mümkün kılan, girişimin rolünü açıklamadan, bu fenomenlerin özü kavramlarını kullanmak yeterlidir. ışık" ve radyasyon dalga boyunun sonsuz küçüklüğü ve geometrik optik yasalarının işlediği tüm alanı dolduran ortamın optik homojenliği varsayımı.
Ancak gerekli olduğu ortaya çıktığındaRadyasyonun dalga özelliklerini hesaba katmak ve optik elemanın boyutlarının radyasyon dalga boyu ile karşılaştırılabilirliğini hesaba katmak için, geometrik optik, esasen bağımsız bir fenomen olmayan kırınım adı verilen hatalar vermeye başlar, ancak sadece aynı müdahale.
mikroskoplar nedir
- optik mikroskoplar
İnsan gözü doğaldırbelirli bir çözünürlükle, yani gözlemlenen nesnenin (noktalar veya çizgiler olarak algılanan) elemanları arasındaki, bunların hala birbirlerinden farklı olabileceği en küçük mesafeyle karakterize edilen bir optik sistem.
Normal bir göz için, bir nesneden uzaklaşırkent. n. en iyi görüş mesafesi (D = 250 mm), ortalama normal çözünürlük ~ 0,2 mm'dir. Mikroorganizmaların boyutları, çoğu bitki ve hayvan hücresi, küçük kristaller, metal ve alaşımların mikroyapı detayları vb. bu değerden çok daha azdır.
20. yüzyılın ortalarına kadar yalnızca görünür olanlarla çalıştılar.400-700 nm aralığında ve ayrıca ultraviyole yakın (floresan mikroskobu) optik radyasyon. Optik mikroskoplar, referans radyasyon dalgasının yarım döngüsünden (dalga boyu aralığı 0,2-0,7 μm veya 200-700 nm) daha düşük bir çözünürlük sağlayamaz.
Böylece optik mikroskop, noktalar arasındaki mesafe ~ 0.20 μm'ye kadar olan yapıları ayırt edebilmektedir, bu nedenle elde edilebilecek maksimum büyütme ~ 2000 kat olmuştur.
- elektron mikroskopları
Mikroskopide sadece bir parçacığın değil, aynı zamanda bir dalganın özelliklerine de sahip olan bir elektron demeti kullanılabilir.
Elektronun dalga boyu enerjisine bağlıdır veelektronun enerjisi E = Ve'ye eşittir; burada V, elektronun geçirdiği potansiyel farktır, e, elektronun yüküdür. 200.000 V'luk potansiyel farkından geçerken elektronların dalga boyu yaklaşık 0,1 nm'dir.
Elektronlar, yüklü bir parçacık olduğu için elektromanyetik merceklerle kolayca odaklanabilir. Elektronik bir görüntü kolayca görünür bir görüntüye dönüştürülebilir.
Bir elektron mikroskobunun çözünürlüğü, geleneksel bir ışık mikroskobunun çözünürlüğünden 1000-10000 kat daha yüksektir ve en iyi modern enstrümanlar için bir angstromdan daha az olabilir.
- Taramalı Prob Mikroskopları
Bir sonda ile yüzey taramasına dayalı bir mikroskop sınıfı.
Taramalı prob mikroskopları (SPM) nispeten yeni bir mikroskop sınıfıdır. SPM ile prob ile yüzey arasındaki etkileşimler kaydedilerek bir görüntü elde edilir.
Geliştirmenin bu aşamasında, kayıt mümkündürsondanın bireysel atomlar ve moleküller ile etkileşimi, SPM'lerin elektron mikroskoplarının gücünü çözmede karşılaştırılabilir olması ve bazı parametrelerde onları aşması nedeniyle.
- X-ışını mikroskopları
X-ışını mikroskobu- çok küçük çalışmalar için bir cihazboyutları x-ışını dalga boyuyla karşılaştırılabilecek nesneler. 0,01 ila 1 nanometre dalga boyuna sahip elektromanyetik radyasyonun kullanımına dayanmaktadır.
Çözünürlük X-ışını mikroskoplarıyetenekler elektron ve optik mikroskoplar arasındadır. Bir X-ışını mikroskobunun teorik çözünürlüğü, bir optik mikroskobun çözünürlüğünden (150 nanometreye kadar) daha yüksek bir büyüklük sırası olan 2-20 nanometreye ulaşır. Şu anda, yaklaşık 5 nanometre çözünürlüğe sahip X-ışını mikroskopları var.
- Kızılötesi mikroskopi
Bu, örneklerin kızılötesi ışıkta mikroskopla gözlemlenmesiyle yapılan bir araştırma yöntemidir. Yöntem, çok küçük numunelerin (mikrometre mertebesinde) incelenmesi için tasarlanmıştır.
Deneyci tarafından gözlemlenen görünür ışık vededektör tarafından kaydedilen kızılötesi ışık, ortak bir optik sistemden geçer, bu nedenle dürbün içindeki görüntü, kızılötesi radyasyonda analiz edilen alana karşılık gelir.
IR mikroskopisi, çok küçük miktarlarda (0.01 ila 100 µg) veya küçük boyutlarda (10–1 ila 10–3 mm) numunelerin yanı sıra konsantrasyon dalgalanmaları ve inklüzyonları analiz etmek için kullanılır.
İcat edilen mikroskopların dezavantajları nelerdir?
Işık mikroskopları performansıtemel ışık parçacıkları - elektromanyetik radyasyon kuantumları veya fotonlar tarafından oluşturulan rastgele gürültü seviyesi ile sınırlıdır. Fotonların ayrılığı, optik cihazların hassasiyetini, çözünürlüğünü ve hızını belirler.
Bu parametreleri optimize etmek için geliştiricilergenellikle ışığın yoğunluğunu artırma ve geleneksel kaynaklarını lazer kaynaklarıyla değiştirme yolunu takip eder. Ancak biyolojik sistemleri incelerken lazer mikroskoplarının kullanımı her zaman mümkün değildir, çünkü parlak lazerler canlı bir hücreyi yok edebilir.
Bilim, mikroskopların geliştirilmesinde nasıl ilerledi?
Bu alandaki son büyük keşifHaziran 2021'in başlarında yapıldı. Avustralya ve Almanya'dan bilim adamları, daha önce görünmez olan hücresel yapıları görebilen bir kuantum mikroskobu oluşturdular.
Yazarlara göre bu, navigasyondan tıbbi görüntülemeye kadar yeni biyoteknolojilerin ve pratik uygulamaların yaratılmasının yolunu açıyor. Araştırma sonuçları Nature dergisinde yayınlandı.
Queensland Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, kuantum fotonik korelasyonlar kullanılarak biyolojik görüntülemenin ışık yoğunluğunu artırmadan geliştirilebileceğini öne sürdüler.
Rostock'tan Alman meslektaşlarıyla birlikteÜniversitede, kuantum korelasyonlarını kullanarak, fotohasarsız geleneksel mikroskopiye göre yüzde 35 daha yüksek bir sinyal-gürültü oranı elde etmenin mümkün olduğunu deneysel olarak kanıtladılar. Bu teknoloji ve görüntü işleme hızı ile çok daha yüksek.
Kuantum mikroskobu nasıl çalışır?
Kuantum mikroskobunun yaratıcıları,Hücre içindeki moleküler bağları görselleştirmeyi mümkün kılan, dalga boyu altı çözünürlüğe ve parlak kuantum bağlantılı aydınlatmaya sahip uyumlu bir Raman mikroskobu olan kurulum.
Mikroskop kuantum bilimine dayanmaktadırDolaşma, Einstein'ın "uzaktan ürkütücü etkileşimler" olarak tanımladığı bir etki. Mevcut en iyi teknolojilerden daha üstün performansa sahip dünyanın ilk dolaşıklık tabanlı sensörüdür. Bunun yaratılması, en yeni navigasyon sistemlerinden daha gelişmiş makinelere kadar her türlü yeni teknolojiye yol açacak. Mikroskopumuzdaki kuantum dolaşıklığı, hücreye zarar vermeden yüzde 35 oranında daha fazla netlik sağlayarak, aksi takdirde görünmez olacak küçük biyolojik yapıları görmemize olanak sağlayacak.
Warwick Bowen Kuantum Optik Laboratuvarı Profesörü ve Avustralya Araştırma Konseyi Kuantum Sistemleri Mühendisliği Mükemmeliyet Merkezi
Yazarlar, yeni yöntemin ana başarısının, canlı bir hücreye giremeyen geleneksel ışık mikroskobu ilkelerine karşı sözde zaferin üstesinden gelmek olduğuna inanıyor.
Daha fazla oku:
Hayvan, Sibirya permafrostunda 24 bin yıllık kış uykusundan sonra canlandı.
İklim değişikliği aşırı yağış ve sele yol açacak
Doğal seçilim, cinsel seçilimin evrimini tersine çevirebilir