Olcsó fluoreszcens és fénymezős mikroszkópok tervezése
1. lépés: A fluoreszcens mikroszkópia áttekintése
A fluoreszcens mikroszkóp alapfogalmainak megértéséhez képzeljen el egy sűrű erdőt éjszaka, amelyben fák, állatok, cserjék és más erdők élnek. Ha bevilágít egy zseblámpát az erdőbe, látni fogja ezeket a szerkezeteket, és nehéz elképzelni bizonyos állatokat vagy növényeket. Feltéve, hogy csak áfonyacserjéket szeretne látni az erdőben. Ennek eléréséhez a szentjánosbogarakot arra kell nevelni, hogy csak az áfonyabokrok vonzzák őket, hogy az erdőre nézve csak az áfonyabokrok világítsanak. Mondhatni szentjánosbogarak segítségével jelöli meg az áfonya bokrokat, így láthatja az áfonya szerkezetét az erdőben.
Ebben a hasonlatban az erdők a teljes mintát képviselik, az áfonya cserjék a megjeleníteni kívánt struktúrákat (például meghatározott sejteket vagy szubcelluláris organellumokat), a szentjánosbogarak pedig fluoreszkáló vegyületek. Az a helyzet, amikor egy lövöldözős zseblámpát egyedül, szentjánosbogarak nélkül világítanak meg, hasonló egy fényerejű mikroszkóphoz.
A következő lépés a fluoreszcens vegyületek (más néven fluoroforok) alapvető funkcióinak megértése. A fluoreszcens klaszterek valójában kis objektumok (nano léptékben), amelyeket arra terveztek, hogy összekapcsolják a mintában lévő specifikus struktúrákat. Szűk hullámhossz-tartományú fényt nyelnek el, és egy másik hullámhosszú fényt bocsátanak ki újra. Például egy fluorofor képes elnyelni a kék fényt (azaz a fluorofort kék fény gerjeszti), majd újra zöld fényt bocsát ki. Általában ezt a gerjesztési és emissziós spektrumok összegzik (amint az a fenti ábrán látható). Ezek a diagramok a fluoroforok által elnyelt fény hullámhosszát és a fluoroforok által kibocsátott fény hullámhosszát mutatják.
A mikroszkóp kialakítása nagyon hasonlít egy normál fényerejű mikroszkóphoz, két fő különbséggel. Először is, a mintát megvilágító fénynek a fluoreszcens csoportot gerjesztő hullámhosszúságúnak kell lennie (a fenti példában a fény kék). Másodszor, a mikroszkópnak csak a kibocsátott fényt (zöld fényt) kell összegyűjtenie, miközben blokkolja a kék fényt. Ennek az az oka, hogy a kék fény mindenütt jelen van, de a zöld fény csak a minta meghatározott struktúráiból származik. A kék fény blokkolására a mikroszkópokban általában van egy hosszú áteresztő szűrő, amely lehetővé teszi a zöld fény áthaladását kék fény nélkül. Minden aluláteresztő szűrőnek van egy határhullámhossza. Ha a fény hullámhossza nagyobb, mint a határhullámhossz, átjuthat egy szűrőn. Ezért a név „Távolsági bérlet”. A rövidebb hullámhosszak blokkolva vannak.
2. lépés: Használjon optikai modellező mikroszkópot
Ez egy további lépés a mikroszkópok alapelvek alapján történő tervezésében. Nincs szükség fluoreszcens mikroszkóp építésére, így ha nem akarunk mélyebben elmélyülni az optikában, akkor kihagyhatjuk.
A fényerejű és fluoreszcens mikroszkópok egyaránt modellezhetők sugároptikai eszközökkel. A sugároptika alaptétele, hogy a fény viselkedése hasonló a fényforrástól távolodó fényéhez. Ha körülnéz a szobában, látni fogja a napfényt az ablakon kívül, vagy a villanykörte által hozott fényt. Ezután a fényt a szobában lévő tárgyak elnyelik vagy visszaverik. A visszavert fény a szeme felé irányítja. Ha egy tárgy meg van világítva, elképzelhető, hogy az objektum minden pontja minden irányban fényt bocsát ki (amint a fenti képen látható). A lencse, akárcsak a szemünkben lévő lencse, a fényt egy pontra fókuszálja, hogy lássuk a tárgyakat. Lencse nélkül a fény tovább terjed kifelé, és nem alkot képet.
