ФЭНДОМ


Микроско́п (от греч. μικρός — маленький и σκοπέω— смотрю) — оптический прибор для получения увеличенных изображений малых объектов, которые невозможно рассмотреть невооружённым глазом. До изобретения микроскопа для изучения мелких предметов использовали только лупу.

Compound Microscope 1876

Один из первых микроскопов, 1876 год

Optical microscope nikon alphaphot

Современный бинокулярный оптический Nikon Stereo microscope

Разрешающая способность микроскопов Править

Получение изображений осуществляется путём использования соответствующих оптических системМикроскопов.

Степень прониковения в микромир, изучения микромира зависит от возможности рассмотреть величину микрообъектов, от разрешающей способности прибора , определяемой длиной волны используемого в микроскопии опорного излучения (свет, УФ, ИК, рентгеновское излучение). Главным ограничением возможности рассматривать более мелкие частицы — это когда достигнут предел возможности применить длину опорной (например,размер площади) волны излучения (освещения) объекта меньше его (т.е. внутри его границ). Например, наш глаз спослбен рассмотреть размер пятен изображения или две риски в пределах 0,176мм c расстояния 250мм. Уменьшение размероав пятен или расстояний между рисками мы воспринимаем как сплошное любое цветное или чёрно-белое (серое) изображение без видимых деталей. Т.е. «проникнуть глубже» в микромир возможно при применении более коротковолновых излучений, т.е. излучений с меньшими длинами волн, соответственно с более высокой разрешающей способностью микроскопов. В настоящее время достигнут предел разрешающей способности микроскопа или микроскопии, равный длине опорной волны луча «жёсткого» рентгеновского излучения, что соответстыет длинам волн 1—10нм (10−9—10−8м) .

Виды микроскопов Править

Для исследования объектов разного типа, и в зависимости от требуемой величины оптического разрешения и других требований, созданы разные микроскопы:

Оптические микроскопы Править

Человеческий глаз представляет собой естественную оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, т. е. наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта 0,176 мм c расстояния 250мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т. п., наконец атомов и молекул значительно меньше этой величины.

Для наблюдения и изучения подобных объектов предназначены микроскопы различных типов. С помощью микроскопов определяют форму, размеры, строение и многие другие характеристики микрообъектов. Их фотографируют для дальнейшего изучения.

До середины ХХ века работали только с видимым оптическим излучением, в диапазоне 400-700 нм, а также с ближним ультрафиолетом (люминесцентный микроскоп). Оптические микроскопы не могли давать разрешающей способности менее полупериода волны опорного излучения (диапазон длин волн 0,2—0,7 мкм, или 200—700 нм), потому максимальное увеличение, которого можно было добиться, составляло ~2000 крат. Т.е. способность различать структуры с расстоянием между точками до ~0,20 мкм. Но это было до 2006 года.

В 2006 году немецкие ученые Штефан Хелль (Stefan Hell) и Мариано Босси (Mariano Bossi) из Института биофизической химии разработали оптический микроскоп, позволяющий наблюдать объекты размером около 10 нм и получать высококачественные трехмерные 3D изображения (см. в журнале Angewandte Chemie). Увидеть объекты размером менее 200 нанометров (минимальной длины волны ближнего ультрафиолетового излучения) было возможно только при помощи неоптических методов ( например, электронной микроскопии}, однако эти методы имели свои ограничения, в частности, в отличие от оптических не позволяли работать с целыми и тем более живыми клетками. Учёные применили метод микроскопии, в котором молекулы при помощи специально подобранного очень короткого импульса переводятся из "темного" состояния в "светлое", при котором они излучают энергию, люминесцируют. Излучаемый свет фиксируется и тем самым выдает данные об объектах размером значительно меньше 200 нанометров. Эта разработка позволила взглянуть в микромир живых клеток на атомно- молекулярном уровне в трехмерном пространстве 3D с разрешением изображений в 1-10 нм!

Флюоресцентный наноскоп (Наноскоп)Править

Fluorescence microscop

Флюоресцентный микроскоп

В основе наноскопии лежит впервые сформулированный новый метод российского ученого Андрея Климова, позволяющий увеличить разрешение оптических микроскопов на два порядка. Однако, патент, который оспаривается, принадлежит разработчикам и создателям Флюоресцентного наноскопа Штефану Хеллу (Stefan Hell) из Института биофизической химии (Max Planck Institute for Biophysical Chemistry (Karl Friedrich Bonhoeffer Institute)) — 2006 год.

Метод Флюоресцентной наноскопии состоит в том, что покрашенные контрастируемыми флуоресцентными красителями образцы просматриваются с разрешениями в границах 1-10 нанометров — откуда и пошло «наноскопия».

Ближнепольный оптический микроскопПравить

.

Электронные микроскопы Править

Электрон обладая свойствами не только частицы, но и волны, позволяет использовать, как опорное электронное излучение в микроскопии.

Длина волны электронного излучения зависит от его энергии, а энергия электрона равна E = Ve, где V — разность потенциалов, проходимая электроном, e — заряд электрона. Длины волн электронного излучения при прохождении разности потенциалов 200 000 В составляет порядка 0,1 нм. Электронное излучение легко фокусировать электромагнитными линзами, так как электрон — заряженная частица. Электронное изображение может быть легко переведено в видимое. Современные электронные микроскопы обеспечивают субатомное разрешение.

Рентгеновские микроскопы Править

Применение методов рентгеновской микроскопии (РМКС), у которых Разрешающая способность (оптика) достигает до 100нм, что в 2раза выше, чем у оптических микроскопов (200нм), что в 2 раза меньше. Тем не менее современный оптический микроскоп - наноскоп имеет разрешение до порядка 1-10нм. Оптическая наноскопия находит применение в биологии, медицине, где рассматриваются живые клетки, где испльзуется эффект свечения атомов , молекул, окрашенных флюоресцентными красителями. [1]

Применение методов (РМКС) для исследования кристаллов, структкр металлов и др. материалов, с величиной элементов с размерами, равными длинам волн рентгеноских лучей, используются в качестве опорного освещения кортковолновые лучи — рентгеновские лучи. Возможность применения рентгеновской оптики, которая используется в рентгеновских микроскопах, стала возможной благодаря ученому М. А. Кумакову, разработавшему первое рентгеновское зеркало. Именно благодаря этому, получена возможность преломлять рентгеновские лучи и разрабатывать рентгеновскую оптику. Рентгеновские лучи стали использовать вместо видимого света и электронных лучей. С момента «обуздания» Х-излучения положено начало новому направлению микроскопии рентгеновской микроскопии.

Новое направление в рентгеноскопииПравить

Рентгеновская оптика преломленияПравить

Linsa X-prelomlayustschay

Планарные параболические линзы

В настоящее время на основе оптических материалов монокристаллического кремния исследованы и созданы линзы и призмы, преломляющие Х-лучи. Это аналоги оптических устройств (тонких линз), используемых в диапазоне видимых лучей света. До последнего времени считались невозможными использовать преломляющие системы для рентгеновского излучения.

Как известно, показатель преломления Х-лучей мало отличается от единицы. Рентгеновская оптика являлась предметом постоянных оценок и рассуждений. Получение и появление составных рентгеновских линз и призм — начало новых шагов во всём мире в деле создания новых оптических устойств микроскопов, телескопов с использованием диапазона спектра длин волн жёстких Х-лучей, способных их преломлять и фокусировать с разрешением 5-10нм[2]

Получение изображений в реальном и фурье-пространствахПравить

Mikroscopiya

Рис.1,Применение планарных линз на примере прохождения Х-лучей в кристаллах

Фокусирующие элементы могут передавать рентгеновские изображения в реальном (видимом) пространстве объектов в виде стереоизображений 3D. В данном случае важно при создании методов рентгеноскопии, когда пространственное разрешение фиксируется предельным разрешением сфокусированного объекта на субмикронном атомно-молекулярном уровне. Эти методы уже с 1980 годов реализованы, но в диапазоне «мягких» Х-волн при использовании зонных пластинок Френеля и рентгеновской зеркалной оптикой. В данном случае, например, получают двумерные рентгеновские изображения при использовании мягких Х-лучей с энергией 1-1,5кэВ, где глубина поглощения менее 1мкм, что не на много больше разрешения, т.е. 20-100нм.

В диапазоне жёсткого излучения (мощностью от 6-10 до 100кэВ) работают преломляющие линзы c глубиной поглощения, достигающих величин больших значенийй разрешения самих линз.

Лазерные рентгеновские микроскопы Править

Лазерный рентгеновский микроскоп (ЛРМ) использует принцип лазерного луча свободных электронов установки (FEL), которая произвела инфрокрасный луч с длиной волны 1,61 микрона мощностью 14,2 киловатта. В 2004 году Американский национальный центр ускорителей — лаборатория Джефферсона (Thomas Jefferson Lab, National Accelerator Facility) на установке FEL лазерный луч формировала в вигглере.

Принципиальная схема работы лазерного рентгеновского микроскопа

Laserniy rentgenovskiy microscop

Рис. 1, Принципиальная схема работы Лазерного рентгеновского микроскопа

Из Рис.1: ‎


Микроскопы будущего Править

Schema lasernogo rentgenovskogo mikroskopa

Рис.2,Схема Лазерного рентгеновского микроскопа будущего

Одно из главных преимуществ лазерной Х-микроскопии — возможность фотографировать непрозрачные элементы благодаря образцам дифракции, получаемым в результате взрыва частиц фотонами рентгеновского лазера с диаметром луча в 0,1 нанометра. [4]

См. также Править

Примечания Править

  1. http://cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/096/514.htm
  2. В.В.Аристов, Л.Г.Шабельников Успехи физических наук, январь 2008г.,Том178, №1
  3. http://en.wikipedia.org/wiki/Free_electron_laser
  4. http://www.membrana.ru/articles/inventions/2006/11/15/142900.html

Ссылки Править

bs:Mikroskop ca:Microscopi cs:Mikroskop da:Mikroskop de:Mikroskop en:Microscope es:Microscopio eu:Mikroskopio fi:Mikroskooppi fr:Microscope he:מיקרוסקופ id:Mikroskop it:Microscopio ja:顕微鏡 ko:현미경 mk:Светлински микроскоп ms:Mikroskop nl:Microscoop no:Mikroskop pl:Mikroskop pt:Microscópio ro:Microscop sh:Mikroskop simple:Microscope sk:Mikroskop sl:Mikroskop sq:Mikroskopi sr:Микроскоп sv:Mikroskop tg:Микроскоп th:กล้องจุลทรรศน์ tl:Mikroskopyo tr:Mikroskop uk:Мікроскопічний vi:Kính hiển vi yi:מיקראסקאפ zh:顯微鏡