Световая микроскопия — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Недостатки световой микроскопии перед электронной. Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа

Сравнение электронного и светового микроскопов

Рис. 11. Электронный микроскоп

Принцип ЭМ. В качестве источника электронных лучей применяют электронную пушку, основой которой служит вольфрамовая нить, нагретая электрическим током (рис. 12). Электронные лучи обладают малой длиной волны. Прохождение электронных лучей в вакууме через электромагнитные поля, создаваемые электромагнитными линзами, концентрирует и направляет электронный поток. Это обеспечивает резкое повышение разрешающей способности электронного микроскопа до 0,2 нм и увеличение до 10 9 .

Многие сенсорные ощущения атомного силового микроскопа

В этом режиме измерения можно, среди прочего, изучить явление трения в наименьшем масштабе. Пока еще далеко не ясно, что происходит на атомном и молекулярном уровне, например, когда автомобильная шина скользит по дороге. Однако контактный режим также имеет недостатки: как зонд, так и образец могут быть повреждены. Кроме того, невозможно таким образом ощущать отдельные атомы, поскольку контактная поверхность образца и зонда обычно состоит из многих атомов.

Обнаружение одиночных атомов в «бесконтактном режиме»

Одним из решений этой проблемы было развитие динамического атомно-силового микроскопа. В этом микроскопе кантилевер вибрирует с помощью зонда. Когда вибрирующий зонд приближается к образцу, частота колебаний кантилевера изменяется. Это происходит, даже если зонд все еще вибрирует над образцом, поэтому он не касается. Зонд снова удаляется с поверхности образца в каждой точке измерения до тех пор, пока не будет установлена ​​постоянная частота колебаний.

В трансмиссионных (просвечивающих) электронных микроскопах электроны проходят через образец, затем собираются и фокусируются электромагнитными линзами. Электроны невидимы для глаза, в связи с этим они направляются на флюоресцентный экран, который воспроизводит видимое плоскостное изображение, или на фотоплёнку, чтобы получить постоянный снимок (электронную микрофотографию).

Подобно сканирующему туннельному микроскопу, атомный силовой микроскоп также способен измерять не только топографию поверхности, но и различные свойства материала: магнетизм, электропроводность, механическую твердость, эластичность или адгезию и многое другое.

Магнитная сила микроскопа

В частности, для изучения эластичности и адгезии материала используется так называемый «режим нарезания резьбы», в котором вибрационный зонд слегка касается поверхности с каждым колебанием.

Магнитный силовой микроскоп представляет собой атомно-силовой микроскоп с магнитным зондом. При таком расположении могут быть обнаружены магнитные поля размером менее десятитысячной миллиметра. Отдельные атомы не могут быть обнаружены магнитным силовым микроскопом, потому что магнитные силы имеют слишком большой диапазон.

Проходя через объект, части которого имеют различную толщину, электроны больше или меньше задерживаются, а объект приобретает контрастность. Создаёт изображение только та часть электронов, которая проходит через объект и попадает на экран микроскопа. Участки клеток, слабо рассеивающие электроны, выглядят на экране светлыми, а участки, сильно рассеивающие электроны, – тёмными (рис. 13).

Поэтому магнитный зонд в основном воспринимает несколько атомов одновременно. Поскольку токопроводящие электрические линии окружены магнитным полем, также предпринимается попытка использовать магнитный силовой микроскоп для измерения токов на крошечных проводниках компьютерных микросхем.

Сетка емкость микроскопа

Сканирующий емкостной микроскоп измеряет распределение электрических зарядов. На самом деле это что-то вроде самого конденсатора. Электродами конденсатора являются, с одной стороны, наконечник зонда, а с другой стороны — образец. Микроскопы сканирующей емкости приобретают все большее значение, прежде всего для индустрии чипов. На компьютерах современных компьютеров несколько миллионов транзисторов можно найти на площади около одного квадратного сантиметра. Микроскоп с растровой емкостью не только делает эти крошечные электронные компоненты видимыми, но и смотрит на них.

В сканирующих электронных микроскопах пучок электронов фокусируется в тонком зонде и им сканируют образец, а отраженные от поверхности образца электроны собираются и формируют на экране объёмное изображение (рис. 14-17). При сканирующей электронной микроскопии изучают поверхность различных объектов, напыляя на них в вакуумной камере электронно-плотные вещества, и исследуют реплики, повторяющие контуры образца.

Атомно-силовые микроскопы как инструмент

Транзистор состоит из разных областей с различными электронными свойствами. Сканирующий емкостной микроскоп может ощущать эти свойства материала с точностью более одной десятитысячной миллиметра. Атомно-силовой микроскоп также предлагает совершенно новые возможности для химии и биологии: можно присоединить отдельные молекулы между поверхностью и зондом атомно-силового микроскопа. Силовой микроскоп можно использовать для определения силы, необходимой для разрыва молекулы. Такой эксперимент позволяет измерять химическую энергию связи на одной молекуле.

Рис.13. ВИЧ в трансмиссионном электронном микроскопе

Рис. 14. ВИЧ

Атомные силовые микроскопы также служат в качестве инструмента для записи. Вы можете вырезать мельчайшие структуры на поверхность. Для записи зондов нагревают, чтобы расплавить небольшой паз в памяти данных. Для считывания данных используется тот факт, что слегка нагретый зонд быстрее теряет тепло в таком «отверстии данных», чем снаружи.

Краткое введение в микроскопию. Целью микроскопии является представление структур и деталей, которые слишком малы для разрешения человеческого глаза. Существуют различные типы микроскопии. Световая микроскопия: при световой микроскопии свет поглощается, дифрагируется, преломляется или отражается объектом. По меньшей мере две системы линз затем приводят к увеличенному изображению. Разрешение зависит от длины волны света.

Читайте также:  Список продуктов кормящей маме (что можно и нельзя есть при грудном вскармливании) ~ Я happy МАМА

Рис. 15. Trichomonas vaginalis в сканирующем электронном микроскопе

Рис. 16. Staphylococcus aureus в сканирующем электронном микроскопе

Рис. 17. Макрофаги и фагоцитируемые ими

Флуоресцентная микроскопия: флуоресцентная микроскопия является частью световой микроскопии. Флуоресцентное вещество в образце возбуждается, чтобы испускать свет соответствующей длины волны. Люминесцентные красители излучают свет. Испускаемый свет всегда длиннее длины волны, чем стимулирующий свет. В пучке луч света флуоресцентный свет может быть отделен от возбуждающего света оптическими фильтрами, а затем направлен в окуляр или в камеру. Предел разрешения флуоресцентного микроскопа может быть намного ниже предела разрешения светового микроскопа, благодаря чему внутриклеточные структуры могут быть локализованы очень точно.

E. coli в сканирующем электронном микроскопе

Преимущества электронной микроскопии:

· высокая разрешающая способность электронного микроскопа позволяет наблюдать объекты, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности светового микроскопа. По этой причине ЭМ применяется для изучения ультраструктур микроорганизмов и макромолекулярных структур;

Процессы в живых клетках могут быть изучены очень хорошо. Конфокальная микроскопия. Это специальная форма световой или флуоресцентной микроскопии, в которой тонкие оптические секции собраны в трехмерное изображение. Поскольку все разрезы визуально «острые», создается тщательно сфокусированное трехмерное изображение.

Электронная микроскопия. Электронная микроскопия использует электронные пучки вместо света. Поскольку они имеют значительно более короткую длину волны, чем видимый свет, достигается более высокое разрешение. Существуют различные методы электронной микроскопии.

· сочетание ЭМ с другими методами позволяет проводить электронно-радиоавтографические, электронно-гистохимические, электронно-иммунологические исследования. ЭМ нашла широкое применение в морфологии, микробиологии, вирусологии, иммунологии, генетике, биохимии, онкологии.

Сравнение электронного и светового микроскопов — понятие и виды. Классификация и особенности категории «Сравнение электронного и светового микроскопов» 2014, 2015.

Передаточная электронная микроскопия: здесь тонкий объект облучается электронами. Это соответствует проходящей световой микроскопии, в которой поглощение в основном играет роль. В настоящее время разрешение составляет около 0, 05 нм. Сканирующая электронная микроскопия, сканирующая электронная микроскопия: электронный луч направляется по образцу, осажденному золотом, по определенной схеме. Вторичные электроны, испускаемые с поверхности объекта, измеряются и преобразуются в оптическое изображение.

Для достижения невозмущенного электронного пучка измерение проводят в высоком вакууме. Атомно-силовая микроскопия, атомно-силовая микроскопия: этот метод используется для поверхностного изображения. С прикрепленной к листовой пружине «атомной» иглой образец сканируется в определенной сетке. Атомные силы удерживают расстояние до поверхности постоянной. Отклонение листовой пружины регистрируется отражением лазерного излучения с помощью оптических датчиков и отображается линейно.

Микроскоп — устройство, которое позволяет видеть увеличенное изображение объектов и структур, которые не видны глазу человека. В медико-биологических исследованиях используются световые и электронные методы микроскопии. , основанные на световой технологии, позволяют увеличивать объекты от 0.5 микрометров с разрешением объектов до 0.1 микрометра больше чем в 1500 раз. Микроскопы, основанные на электронной технологии — до 20 000 раз.
Технология световой микроскопии базируется на фундаментальных законах оптики, а так же на волновой теории в образовании изображений. Для освещения используют естественный, либо искусственный источники света. Первые простые микроскопы появились еще в 17-м веке. Более высоких успехов в их разработке смог добиться ученый из Голландии, А. Левенгук. В период с 1609 по 1610 гг. Г. Галилеем был построен более сложный микроскоп. В 1846 г. немецкий инженер-механик К. Цейсе открыл свою мастерскую и, примерно через год, начал изготавливать микроскопы. Цейс в своей фирме успешно использовал научные открытия профессора по физике Эрнста Аббе, который позже становится полноправным компаньоном Цейса. Теоретические и практические работы Э. Аббе, О. Шотта и А. Келера определили направления в развитии и принципы строения оптических систем в современных микроскопах.

Сканирующая туннельная микроскопия. При сканирующей туннельной микроскопии поверхности отображаются путем измерения тока между электропроводящим наконечником и одинаково проводящим образцом. Неэлектрически проводящие образцы должны быть осаждены на паровой основе с помощью золота, графита или хрома.

Опять же, наконечник ориентируется по объекту в определенной сетке. В классической фотонной микроскопии ткань должна быть тонко разрезана для исследования, а чем тоньше она, тем резче изображение; но с этим методом трехмерная информация теряется во время разреза. Если толстый образец наблюдается под фотонным микроскопом, фокусируемое изображение загрязняется суперпозицией элементов ткани, которые находятся вне фокуса, как выше, так и ниже фокусированной плоскости; сфокусированное изображение ухудшается из-за размытых или несфокусированных перекрывающихся структур.

Электронная микроскопия

Технология электронной микроскопии позволяет получать электронно-оптическое изображение при помощи потока электронов. Построение изображений базируется на фундаментальных законах волновой и геометрической оптики, а так же теории электромагнитного поля. Технология электронной микроскопии дает возможности для исследования объектов, у которых размеры лежат за пределами разрешающих возможностей светового микроскопа, а именно — объекты, менее 0.2 микрометров, и находит свое применение в изучении вирусов, бактериофагов, тонкого клеточного строения и других микрообъектов. Также такие микроскопы с успехом применяются для изучения макромолекулярных структур.
Очень важно не путать электронный микроскоп и цифровой микроскоп. В последнее время многие ошибочно называют — электронными микроскопами. На самом же деле, это не так. Микроскоп с электронной технологией появился в конце 30-х годов. Серийным запуском электронных микроскопов занялась фирма немецкого происхождения «SIEMENS». В 1940 году в ГОИ имени С. И. Вавилова, находящимся в Ленинграде, создали первый отечественный микроскоп с электронной технологией, увеличительные способности которого достигали 10000 крат. Микроскопы с электронной технологией используются, в основном, в научно-исследовательских лабораторных комплексах, для серьезных научных разработок. Минимальная стоимость таких изделий начинается примерно с двух-трех миллионов рублей.

Читайте также:  Строение женской груди и молочных желез анатомия и фото

С помощью конфокального микроскопа эти ограничения были преодолены, поскольку это инструмент, который позволяет делать мелкие оптические срезы для образцов более или менее грубых тканей и выполнять реконструкции в трех измерениях от серийных разрезов. Его механизм, основанный на флуоресцентном микроскопе, позволяет получать изображения трехмерной архитектуры клеток и тканей.

Детали оптики конфокального микроскопа сложны и дополняются электронными и вычислительными методами, этот инструмент позволяет фокусировать только определенную плоскость образца, устраняя свет, исходящий из областей, которые не находятся в плоскости фокуса.

Микроскопы для пайки используются в тех случаях, когда необходимо выявить трещины в материнских платах, микросхемах, в теле- и радиоаппаратуре, мобильных телефонах, ювелирных изделиях. Словом, он нужен для определения мельчайших дефектов, которые не видны невооруженным глазом. Очень часто ими пользуются сервисные центры по ремонту компьютеров, цифровой техники.

Рисунок 6-25. — Сравнение двух микрофотографий клетки в митозе, контрастирующих с двойной флуоресцентной меткой, как для хромосом, так и для актина. Слева находится изображение, в котором глубина поля покрывает практически всю толщину ячейки, и, следовательно, изображение выглядит немного размытым, несмотря на то, что оно сфокусировано. Справа видно изображение, полученное с конфокальным принципом, состоящим из оптического участка ячейки, в котором захватывается флуоресценция, которая исходит исключительно из структур, находящихся в плоскости фокуса, получая более четкое изображение.

Все дети по существу своему очень любопытны, благодаря чему они всегда стремятся узнавать что-то новое. Познавая мир, проявляя живой интерес ко всему окружающему, ребенок активно растет и всесторонне развивается. Маленькие «почемучки» желают знать все: «почему муравьи маленькие», «какие капельки водички», «почему жужжит пчела» и еще тысячу разных «почему».

Взято из лазерной сканирующей конфокальной микроскопии. Группа технологий обработки изображений. Этот микроскоп очень успешный в научном мире благодаря высокому качеству изображений, которые он предоставляет от образцов, приготовленных с использованием обычных лабораторных методов флуоресцентной микроскопии и, конечно, растущего числа применений.

Преимущества конфокального микроскопа. Использование флуоресценции. Фокусируется только на одной плоскости образца. Он устраняет информацию, поступающую из других несфокусированных плоскостей образца. Получение последовательных оптических разрезов из образцов с определенной толщиной или чей тонкий срез затруднен.

Источники света в оптической микроскопии

В оптической микроскопии источник света играет очень важное значение в формировании изображения. Грамотный выбор источника света позволяет успешно проводить множество исследований, будь то рутинная задача анализа мазка или гистологического препарата, вплоть до сложнейшей многоканальной конфокальной микроскопии. В статье мы рассмотрим самые популярные на сегодняшний момент источники света, преимущества и недостатки «конкурирующих» систем для решения схожих задач, возможности применения того или иного источника света в зависимости от поставленной задачи.

Галогенная лампа (Halogen bulb)

Галогенные лампы в современных микроскопах встречаются наиболее часто, хотя в последнее время их активно вытесняет светодиодное освещение. Их основное применение – светлопольная микроскопия в отраженном и проходящем свете. Поляризационные исследования, решение множества материаловедческих и биологических задач, где необходимо получать изображения в видимом свете без применения флуоресценции.

Галогенная лампа 6V 20W широко используется в рутинных микроскопах проходящего света

В микроскопах используются галогенные лампы различной мощности (от 20 до 100 Вт). Цветовая температура галогенных ламп находится в районе 3400К (100W Philips 7023). Свет галогенных ламп подчеркивает теплые тона, смещен в сторону теплых оттенков, поэтому для получения изображений, приближенных к цветовой температуре дневного освещения, обычно используют цветобалансирующий фильтр (LBD или Daylight filter).

LBD фильтр для коррекции цветовой температуры 100 Вт галогенной лампы

Достоинства галогенных ламп – малый размер осветителей, отсутствие необходимости активного охлаждения (достаточно пассивной вентиляции), невысокая стоимость и хорошая цветопередача.
К недостаткам можно отнести сравнительно низкую яркость, малый срок службы около 50 часов.

Ртутная флуоресцентная/люминесцентная лампа HBO (Mercury HBO Lamp)

Ртутные газоразрядные лампы высокого давления применяются для получения качественных флуоресцентных изображений. Они в 10-100 раз ярче ламп накаливания и могут обеспечить интенсивное освещение в выбраном диапазоне длин волн по всей видимой и УФ области спекта при использовании соответсвующих фильтров.
Этот источник света очень надежен и дает хорошую плотность светового потока.

Ртутная флуоресцентная лампа HBO 100

Самой популярной ртутной лампой, применяемой в микроскопии, является лампа HBO 100W. Уникальная спектральная характеристика лампы идеально подходит для исследователей, занимающихся флуоресценцией. Только треть спектра испускания лампы находится в видимой области. Около половины спектра лежит в ультрафиолетовой области, поэтому при работе с подобными источниками необходимо уделять должное внимание защите, в первую очередь, глаз исследователя, а во вторую очередь, стойкости к УФ излучению исследуемых препаратов. Остальная часть излучения ртутной лампы рассеивается в виде теплового длинноволнового ИК излучения.

Спектральная интенсивность ртутной лампы HBO 100

Ртутная газоразрядная лампа имеет одно из самых высоких значений яркости среди непрерывно работающих источников света и очень тесно приближена к идеальной модели точечного источника света. Тем не менее, ртутные лампы имеют большие колебания интенсивности, зависящие от эрозии электродов, магнитных полей в помещении, а также периодическое отклонение дуги (флаттер), возникающее из-за конвекционных потоков в парах ртути. Эти особенности ртутной лампы препятствуют ее использованию в количественных оценках флуоресценции (измерение яркости флуоресценции и т.п.)

Читайте также:  10 способов убрать мешки под глазами

Ламповый домик ртутной лампы HBO 50. Имеются регулировочные винты настройки положения лампы, зеркала а также мощный радиатор, позволяющий отводить тепловое излучение.

Помимо перечисленных артефактов дуговой природы света ртутной лампы, у нее есть ряд следующих недостатков: малый срок службы (200 часов), значительное изменение спектральной характеристики в зависимости от возраста лампы, необходимость временных промежутков между включениями для полного остывания лампы.
В типовой конфигурации оптического микроскопа, ртутная лампа находится внутри специализированного осветителя, состоящего из корпуса лампы, вогнутого зеркального рефлектора, а также регулируемой системы линз коллектора для фокусировки дуги лампы.

В зависимости от конструкции, ртутный ламповый домик (это микроскопический термин, в английском языке lamphouse) может также содержать фильтры, блокирующие УФ излучение лампы, а также Hot Mirror фильтры для снижения теплового излучения, нагревающего внутренние линзы микроскопа и исследуемый образец.

Ртутная лампа требует тщательной юстировки для освещения образца равномерным полем максимальной интенсивности. Подробно настройка ртутного лампового домика описана в статье «Юстировка лампового домика флуоресцентной лампы HBO».

Металлогалоидные лампы (Metal Halide Arc Lamps)

Сегодня металлогалоидные лампы постепенно вытесняют ртутные и ксеноновые лампы с позиции флуоресцентных источников.

Конструктивно такие осветители выполнены в виде высокопроизводительной дуговой лампы, размещенной на эллиптическом отражателе. Отражатель фокусирует свет на торце жидкого световода для последующей передачи его на вход оптической системы микроскопа. Иногда металлогалоидные осветители дополнены колесами фильтров (filter wheels) для выбора необходимой длины волны возбуждения, а также специальными шиберами и нейтральными фильтрами для коррекции плотности и интенсивности освещения. Спектр металлогалоидной лампы имеет схожие очертания с «ртутным» спектром, однако более сильная межпиковая интенсивность вместе с большей шириной пиков позволяет получать флуоресценцию на 50% мощнее чем ртутные лампы HBO 100.

Спектральная чувствительность металлогалоидной лампы в сравнении со ртутной лампой HBO. Интенсивность пиков металлогалоидной лампы немного ниже, но мощность в межпиковых областях и ширина пиков позволяют получать качественные флуоресцентные изображения.

Металлогалоидные лампы прекрасно подходят для экспериментов с живыми клетками с использованием EGFP (зеленый флуоресцентный белок). Кроме того они производят гораздо более равномерное освещение в пространстве из-за конструкции жидкого световода и конденсора. Более равномерная жизненная характеристика лампы вместе со сроком службы в 2 тысячи часов (против 200 часов у ртутных осветителей) позволяют проводить количественные анализы флуоресценции.

Светодиодные источники света (Light-Emitting Diodes, LEDs)

Светодиодные источники света – самое перспективное направление из новых технологий в микроскопии. Эти универсальные полупроводниковые осветители обладают всеми функциями ламп накаливания и газоразрядных ламп, имея при этом возможность работать от батареек, а также низковольтных и недорогих импульсных блоков питания.

Разнообразные спектральные характеристики LED осветителей позволяют выбрать необходимый светодиод и установить оптимальное возбуждение в диапазоне длин волн, охватывающем ультрафиолетовую, видимую и ближнюю ИК области. Кроме того, новые мощные светодиоды обладают достаточной интенсивностью для получения качественного флуоресцентного изображения.

Спектральная характеристика светодиодов, использующихся в световой микроскопии.

Компактные светодиоды можно комбинировать в одном ламповом блоке для получения мультиканального флуоресцентного изображения, либо для получения UV и видимого изображения.

Светодиодный осветитель, комбинирующий три светодиодных источника при помощи полупрозрачных зеркал. Позволяет работать с мультиканальной флуоресценцией.

Существует возможность устанавливать современные светодиодные осветители в микроскопы заказчика вне зависимости от возраста и состояния прибора. Эта процедура позволяет вывести качество изображения на новый уровень при использовании старой оптики и при минимальных финансовых затратах. Подробнее об этом можно прочитать в статье Модернизация микроскопа. LED Освещение.

Основное преимущество световой микроскопии перед электронной

Световые микроскопы отличаются от электронных тем, что в первых для создания увеличенного изображения используется световой поток, а во вторых – пучок электронов. Световые микроскопы появились давно, приблизительно в 16 веке, а электронный микроскоп – сравнительно недавнее изобретение, ему еще нет и 100 лет. Необходимость в новом типе прибора возникла, когда стало понятно, что обычные световые модели ограничены и в степени увеличения, и в размере разрешения картинки. В итоге на сегодняшний день электронные микроскопы в десятки, сотни и даже тысячи раз превосходят по своим возможностям классические световые модели. Но в чем же преимущество использования световой микроскопии перед электронной? Ведь световой метод изучения объектов все еще существует и широко используется.

Электронный микроскоп дорог в использовании и весьма сложен в обслуживании. Для его размещения и работы нужны особые условия, например изолированность от источников электромагнитных полей. Образцы нельзя рассматривать обычным образом, их следует помещать в безвоздушное пространство (вакуум). Но самое главное – в электронный микроскоп нельзя изучать живые объекты. В то время как световой микроскоп для этого отлично подходит.

Дополнительные преимущества световой микроскопии – простота работы с прибором, их небольшая стоимость, легкий порог вхождения в исследования. Световым микроскопом могут пользоваться даже дети! Кстати говоря, и взрослые, и детские микроскопы можно приобрести в нашем интернет-магазине. Если затрудняетесь с выбором, звоните или пишите – мы поможем!

4glaza.ru
Февраль 2019

Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.

Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.

Ссылка на основную публикацию
Свекольный квас — полезные свойства и 5 рецептов — БУДЕТ ВКУСНО! медиаплатформа МирТесен
Свекольный квас: рецепты вкусного и полезного напитка На сегодняшний день свекла широко применяется не только в кулинарии, но и в...
Самые эффективные средства от шипицы
Как лечить шипицу на ступне в домашних условиях? Шипица говорит об ослабленном иммунитете и появившемся в организме вирусе. Она может...
Самые эффективные таблетки для похудения, которые реально помогают
Таблетки для похудения: самые популярные и эффективные средства для снижения веса Практически каждый человек хотя бы раз в жизни может...
Свекольный сок польза и вред, как правильно пить
Свекольный сок: польза и вред для организма История свекольного сока Свекла - это очень вкусный и полезный продукт, который часто...
Adblock detector