Bevezetés a különféle optikai mikroszkópok osztályozásába és használatába
Az optikai mikroszkópoknak számos osztályozási módja létezik: a felhasznált okulárok száma szerint binokuláris és monokuláris mikroszkópokra osztható; aszerint, hogy a kép sztereó hatású-e, sztereó mikroszkópokra és nem sztereó mikroszkópokra osztható; a megfigyelési objektum szerint biológiai mikroszkópokra és aranymikroszkópokra osztható. mikroszkóp. fázismikroszkóp stb.; az optikai elv szerint felosztható polarizált fénymikroszkópra, fáziskontraszt mikroszkópra és differenciális interferencia mikroszkópra stb.; a fényforrás típusa szerint felosztható közönséges fényre, fluoreszcenciára, ultraibolya fényre, infravörös fényre és lézermikroszkópra stb.; a vevő típusa szerint felosztható Vision, digitális (kamerás) mikroszkópra stb.. Az általánosan használt mikroszkópok közé tartozik a binokuláris sztereomikroszkóp, metallografikus mikroszkóp, polarizált fénymikroszkóp, fluoreszcens mikroszkóp stb.
1. Binokuláris sztereó mikroszkóp
A binokuláris sztereó mikroszkóp, más néven "szilárd mikroszkóp" vagy "boncoló tükör" egy vizuális eszköz, amely pozitív sztereoszkópikus érzékkel rendelkezik. Széles körben használják a szelet sebészetben és a mikrosebészetben az orvosbiológiai területen; az iparban apró alkatrészek és integrált áramkörök megfigyelésére, összeszerelésére és ellenőrzésére használják. A következő jellemzőkkel rendelkezik:
(1) Kétcsatornás optikai útvonalat használva a binokuláris cső bal és jobb oldali nyalábja nem párhuzamos, hanem meghatározott szöggel rendelkezik - a térfogati látószög (általában 12 fok -15 fok), azaz a bal és jobb gerendák. Mindkét szem háromdimenziós képet ad. Lényegében két, egymás mellett elhelyezett egycsöves mikroszkópról van szó. A két lencsecső optikai tengelyei által alkotott látószög megegyezik azzal a látószöggel, amely akkor alakul ki, amikor egy személy mindkét szemével egy tárgyat megfigyel, és ezáltal egy háromdimenziós térben háromdimenziós vizuális képet alkot.
(2) A kép egyenes, könnyen kezelhető és szétszedhető, mert a szemlencse alatti prizma fejjel lefelé fordítja a képet.
(3) Bár a nagyítás nem olyan jó, mint egy hagyományos mikroszkópé, nagy a működési távolsága.
(4) A fókuszmélység nagy, ami kényelmes a vizsgált objektum teljes rétegének megfigyeléséhez.
(5) A látómező átmérője nagy.
A jelenlegi sztereoszkóp optikai felépítése a következő: egy közönséges fő objektívlencsén keresztül a két fénysugarat a tárgy leképezését követően két köztes objektív-zoomlencse-készlet választja el egymástól, hogy általános látószöget alakítsanak ki, majd a megfelelő szemlencséken keresztül leképezzék őket. , a közbenső megváltoztatásával A tükörcsoportok közötti távolság a nagyítás változásának eléréséhez, ezért "Zoom-sztereomikroszkópnak" is nevezik. Az alkalmazási követelményeknek megfelelően a jelenlegi sztereoszkóp számos opcionális kiegészítővel felszerelhető, mint például fluoreszcencia, fényképezés, videózás, hideg fényforrás stb.
2. Metallográfiai mikroszkóp
A metallográfiai mikroszkóp egy olyan mikroszkóp, amelyet kifejezetten átlátszatlan tárgyak, például fémek és ásványok metallográfiai szerkezetének megfigyelésére használnak. Ezeket az átlátszatlan tárgyakat közönséges áteresztőfény-mikroszkóppal nem lehet megfigyelni, így a metallográfia és a közönséges mikroszkóp közötti fő különbség az, hogy az előbbi visszavert, míg az utóbbi áteresztett fényt használ a megvilágításhoz. A metallográfiai mikroszkópban a megvilágító sugarat az objektív lencse irányából a megfigyelt tárgy felületére bocsátják ki, visszaverik a tárgy felületéről, majd visszakerülnek az objektívlencsébe képalkotás céljából. Ezt a fényvisszaverő megvilágítási módszert széles körben alkalmazzák az integrált áramköri szilícium lapkák vizsgálatánál is.
3. Polarizáló mikroszkóp
A polarizáló mikroszkópok olyan mikroszkópok, amelyeket úgynevezett átlátszó és átlátszatlan anizotróp anyagok vizsgálatára használnak. Polarizáló mikroszkóp alatt minden kettős törésű anyag egyértelműen megkülönböztethető. Természetesen ezek az anyagok festéssel is megfigyelhetők, de néhány nem lehetséges, és polarizáló mikroszkópokat kell használni.
(1) A polarizáló mikroszkópok jellemzői
Módszer, amellyel a közönséges fényt polarizált fénnyé alakítják mikroszkópos vizsgálat céljából, annak meghatározására, hogy egy anyag mono-törő (minden irányban) vagy kettős törő (anizotrop). A kettős törés a kristályok alapvető tulajdonsága. Ezért a polarizált fénymikroszkópokat széles körben használják az ásványi anyagokban, a kémiában és más területeken, és alkalmazhatók a biológiában, a botanikában és más területeken is.
(2) A polarizált fénymikroszkóp alapelve
A polarizált fénymikroszkópia elve bonyolultabb, ezért ezt itt nem mutatom be túlságosan. A polarizáló mikroszkópnak a következő tartozékokkal kell rendelkeznie: polarizátor, analizátor, kompenzátor vagy fázislemez, speciális feszültségmentes objektív, forgó tárgyasztal.
(3) Polarizáló mikroszkópos módszer
Egyfajta. Ortoszkóp: Torzításmentes mikroszkópként is ismert, jellemzője, hogy Bertrand-lencse helyett kis nagyítású objektívet használ a téma tanulmányozásához. Közvetlen tanulmányozás polarizált fénnyel. Ugyanakkor a megvilágítási rekesz kisebbé tétele érdekében a kondenzátor felső lencséje szét van tolva. Egy tárgy kettős törésének vizsgálatára normál fázisú mikroszkópot használnak.
b. Konoszkóp: interferencia-mikroszkópként is ismert, és a polarizált fény interferenciája során keletkező interferencia-mintákat vizsgálja. Ezt a módszert egy objektum egytengelyűségének vagy kéttengelyességének megfigyelésére használják. Ennél a módszernél erősen konvergáló polarizált fénysugarat használnak a megvilágításhoz.
(4) Polarizáló mikroszkópokra vonatkozó követelmények
Egyfajta. Fényforrás: A legjobb monokromatikus fényt használni, mert a fénysebesség, a törésmutató és az interferencia jelenségek hullámhosszonként változnak. Az általános mikroszkópok normál fényt is használhatnak.
b. Okulárok: szálkeresztes okulárok.
C. Kondenzátor: Párhuzamos polarizált fény elérése érdekében kihajtható kondenzátort kell használni, amely ki tudja tolni a felső lencsét.
d. Bertrand lencse: a kondenzátor optikai útjában lévő segédelem, amely egy segédlencse, amely a tárgy által keltett elsődleges fázist másodlagos fázisba erősíti. Garantálja az objektív hátsó fókuszsíkjában kialakított síkbeli interferenciaminta megfigyelését az okulárral.
(5) Polarizáló mikroszkópokra vonatkozó követelmények
Egyfajta. A színpad közepe koaxiális az optikai tengellyel.
b. A polarizátornak és az analizátornak négyszögletes helyzetben kell lennie.
C. A felvétel ne legyen túl vékony.
4. Fluoreszcens mikroszkópia
A fluoreszcencia mikroszkópos vizsgálat rövid hullámhosszú fényt használ a fluoreszceinnel festett objektum besugárzására, és hosszú hullámhosszú fluoreszcenciát generál, majd megfigyel. A fluoreszcens mikroszkópot széles körben használják a biológiában, az orvostudományban és más területeken.
(1) A fluoreszcens mikroszkópokat általában két típusra osztják: transzmissziós típusra és epilluminációs típusra.
Egyfajta. Átviteli típus: A gerjesztő fényt a vizsgált tárgy alsó felületéről bocsátják ki, a kondenzátor pedig egy sötét mezős kondenzátor, így a gerjesztő fény nem jut be az objektívbe, a fluoreszcencia pedig az objektívbe. Kis nagyításnál világos, nagy nagyításnál sötét. Az olajmerítési és semlegesítési műveletek bonyolultak, különösen az alacsony nagyítású megvilágítási tartományt nehéz meghatározni, de nagyon sötét hátterek érhetők el. A transzmissziós típust nem használják átlátszatlan vizsgálati objektumokhoz.
A sebességváltó típusa jelenleg szinte megszűnt. A legtöbb új fluoreszcens mikroszkóp epitaxiális. A fényforrás a vizsgálandó tárgy felett érkezik, az optikai úton pedig egy sugárosztó található, amely alkalmas átlátszó és átlátszatlan vizsgálati tárgyakra. Mivel az objektív kondenzátorként működik, nem csak könnyen kezelhető, hanem a teljes látómező egyenletes megvilágítását is lehetővé teszi az alacsony nagyítástól a nagy nagyításig.
(2) Óvintézkedések a fluoreszcens mikroszkóppal
Egyfajta. A gerjesztő fénynek való hosszú távú expozíció a fluoreszcencia csökkenését és kioltását okozza, ezért a megfigyelési időt lehetőleg le kell rövidíteni. .
b. Az olaj megtekintéséhez használjon "nem fluoreszkáló olajat".
C. A fluoreszcencia szinte mindig gyenge, ezért sötétebb helyiségben kell elvégezni.
d. A legjobb, ha egy feszültségstabilizátort telepít a tápegységbe, különben a feszültség instabilitása nemcsak a higanylámpa élettartamát csökkenti, hanem a mikroszkóp hatását is befolyásolja.
Jelenleg számos feltörekvő biológiai kutatási területet alkalmaznak a fluoreszcens mikroszkópos technikákra, például a gén in situ hibridizációra (FISH).
5. Fáziskontraszt mikroszkóp
Az optikai mikroszkóp fejlesztésében a fáziskontraszt mikroszkóp sikeres feltalálása a modern mikroszkóp technológia fontos vívmánya. Tudjuk, hogy az emberi szem csak a fényhullámok hullámhosszát (színét) és amplitúdóját (fényességét) tudja megkülönböztetni. Színtelen és átlátszó biológiai mintáknál a fény áthaladásakor a hullámhossz és az amplitúdó nem sokat változik, ezért nehéz a mintát világos térben megfigyelni. .
A fáziskontraszt mikroszkóp célja, hogy a vizsgált tárgy optikai útkülönbségét használja mikroszkópos detektáláshoz, azaz hatékonyan használja fel a fény interferencia jelenségét az emberi szem által nem megkülönböztethető fáziskülönbség megkülönböztethető amplitúdókülönbséggé változtatására, még akkor is, ha ha színtelen és átlátszó. Az anyag is jól láthatóvá válhat. Ez nagyban megkönnyíti az élő sejtek megfigyelését, ezért a fáziskontraszt mikroszkópiát széles körben alkalmazzák fordított mikroszkópoknál.
A fáziskontraszt mikroszkóp eltér a fényes mezőtől a berendezésben, és néhány speciális követelményt is támaszt:
a. A kondenzátor alá szerelve és a kondenzátor - fáziskontraszt kondenzátorral kombinálva. Különböző méretű, lemezre szerelt gyűrű alakú membránokból áll, kívül 10X, 20X, 40X, 100X stb. felirattal, amelyeket a megfelelő többszörösével rendelkező objektívekkel együtt használnak.
b.Fázistábla: Az objektívlencse hátsó fókuszsíkjára szerelve, két részre van osztva, az egyik az a rész, amelyen keresztül a közvetlen fény áthalad, ez egy áttetsző gyűrű, amelyet konjugált síknak neveznek; a másik az a rész, amelyen keresztül a szórt fény "kompenzál" . A fázislemezekkel ellátott objektíveket "fáziskontraszt objektíveknek" nevezik, és gyakran a "Ph" szót írják a burkolatra.
A fáziskontraszt mikroszkópia viszonylag összetett mikroszkópos módszer. A jó megfigyelési hatás eléréséhez nagyon fontos a mikroszkóp hibakeresése. Ezenkívül a következő szempontokat is figyelembe kell venni:
Egyfajta. A fényforrásnak erősnek kell lennie, és minden rekeszmembránnak nyitva kell lennie;
b. Használjon színszűrőket, hogy a fényhullámokat majdnem monokromatikussá tegye.
6. Differenciális interferenciakontraszt mikroszkópia (Diffe Rent Interference Contrast DIC)
A differenciálinterferencia-kontrasztmikroszkópia az 1960-as években jelent meg. Nemcsak színtelen és átlátszó tárgyakat képes megfigyelni, hanem erős sztereoszkópikus képeket is képes megjeleníteni, és van néhány olyan előnye, amelyet fáziskontraszt mikroszkóppal nem lehet elérni. , a megfigyelési hatás reálisabb.
(1) Alapelvek
A differenciálinterferencia-kontrasztmikroszkópos vizsgálat speciális Wollaston-prizmákat használ a nyaláb feltörésére. A hasított gerendák rezgési irányai merőlegesek egymásra, intenzitásuk egyenlő. A vizsgálandó tárgyon áthaladó nyaláb két pontja nagyon közel van egymáshoz, és a fázisok kissé eltérnek egymástól. Mivel a két fénysugár közötti távolság rendkívül kicsi, nincs szellemkép jelenség, ami a képet háromdimenziósnak teszi.
(2) A differenciális interferencia-kontrasztmikroszkóphoz szükséges speciális alkatrészek:
a. Polarizátor
b. Elemző
C. 2 Wollaston prizma
(3) Óvintézkedések a differenciális interferencia kontrasztmikroszkóppal
Egyfajta. A differenciális interferencia nagy érzékenysége miatt nem lehet szennyeződés és por a lemez felületén.
b. A kettős törést mutató anyagok nem tudják elérni a differenciális interferencia-kontrasztmikroszkópos hatást.
C. Műanyag Petri-csészék nem használhatók, ha fordított mikroszkópra differenciális interferenciát alkalmaznak.
7. Fordított mikroszkóp (Invertedmicroscope)
Az inverz mikroszkóp alkalmas szövettenyészet, in vitro sejtkultúra, plankton, környezetvédelem, élelmiszer-ellenőrzés stb. mikroszkópos megfigyelésére az orvosbiológiai területen.
A fent említett mintajellemzők korlátai miatt a vizsgálandó tárgy Petri-csészébe (vagy kultúrpalackba) helyezéséhez a fordított mikroszkópobjektív és a kondenzátor nagy munkatávolságra van szükség, a Petri-csészében pedig a vizsgált tárgy közvetlenül ellenőrizni kell. Mikroszkópos megfigyelés és kutatás. Ezért az objektívlencse, a kondenzátorlencse és a fényforrás helyzete felcserélődik, ezért "fordított mikroszkóp"-nak nevezik.
A munkatávolság korlátai miatt a fordított mikroszkóp objektívek maximális nagyítása 60X. A kutatáshoz használt fordított mikroszkópok általában 4X, 10X, 20X és 40X fáziskontraszt objektívekkel vannak felszerelve, mivel a fordított mikroszkópokat többnyire színtelen és átlátszó in vivo megfigyelésre használják. Ha a felhasználónak speciális igényei vannak, más kiegészítők is választhatók a differenciális interferencia, a fluoreszcencia és az egyszerű polarizált fény megfigyelésének teljessé tételére.
Az inverz mikroszkópokat széles körben használják patch clamp, transzgenikus ICSI és más területeken.
8. Digitális mikroszkóp
A digitális mikroszkóp olyan mikroszkóp, amely kamerát (azaz televíziókamera objektívet vagy töltéscsatolt eszközt) használ vevőelemként. A mikroszkóp valós képfelületére egy kamera van felszerelve, amely az emberi szemet helyettesíti vevőként. Az optoelektronikai eszköz az optikai képet elektromos jelképpé alakítja, majd méretdetektálást és részecskeszámlálást végez. Ez a fajta mikroszkóp számítógéppel együtt használható az észlelés és az információfeldolgozás automatizálásának megkönnyítésére, és többnyire olyan alkalmakkor használják, amelyek sok fáradságos észlelési munkát igényelnek.
2. Különféle optikai mikroszkópok használata
A fluoreszcens mikroszkópia a minta által kibocsátott fluoreszcenciát használja a tárgyak megfigyelésére;
A sztereó mikroszkópok segítségével tárgyak háromdimenziós képei figyelhetők meg;
A vetítőmikroszkóp képes a tárgy képét a vetítővászonra vetíteni, hogy egyszerre több ember is megfigyelhesse;
Fordított mikroszkópok sejttenyésztéshez, szövettenyésztéshez és mikrobakutatáshoz;
A fáziskontraszt mikroszkóp színtelen és átlátszó minták megfigyelésére szolgál;
Például a sötéttér-mikroszkópiát baktériumok és spirocheták megfigyelésére használják. sportos.
