Olcsó fluoreszcencia és fényerejű mikroszkóp kialakítás
Ebben az útmutatóban áttekintem a fluoreszcens mikroszkóp alapelveit és három különböző olcsó fluoreszcens mikroszkóp elkészítését. Ezek a rendszerek általában több ezer dollárba kerülnek, de a közelmúltbeli erőfeszítések megkönnyítették a beszerzésüket. Az itt bemutatott kialakítás okostelefonokat, dSLR-t és USB-mikroszkópokat használ. Mindezek a kialakítások nyílt terű mikroszkópként is használhatók.
1. lépés: A fluoreszcens mikroszkópia áttekintése
A fluoreszcens mikroszkóp alapfogalmainak megértéséhez képzelje el az erdőben éjszaka élő sűrű erdőket, fákat, állatokat, cserjéket és más erdőket. Ha bevilágít egy zseblámpát az erdőbe, látni fogja ezeket a szerkezeteket, és nehéz elképzelni bizonyos állatokat vagy növényeket. Feltéve, hogy csak áfonya cserjéket szeretne látni az erdőben. Ennek eléréséhez meg kell tanítani a szentjánosbogarakat, hogy csak az áfonyabokrok vonzzák őket, így az erdőre nézve csak az áfonyabokrok világítanak. Mondhatni szentjánosbogárral jelölted meg az áfonya bokrokat, így láthatod az áfonyás építményeket az erdőben.
Ebben a hasonlatban az erdő a teljes mintát, az áfonyacserje a megjeleníteni kívánt struktúrát (például meghatározott sejteket vagy szubcelluláris organellumokat), a szentjánosbogarak pedig fluoreszkáló vegyületek. Az a helyzet, amikor egy zseblámpával egyedül, szentjánosbogarak nélkül fényképeznek, hasonló egy fényes terepi mikroszkóphoz.
A következő lépés a fluoreszcens vegyületek (más néven fluoroforok) alapvető funkcióinak megértése. A fluoreszcens klaszterek valójában kisméretű objektumok (nanoskálás), amelyeket arra terveztek, hogy összekapcsolják a mintában lévő meghatározott struktúrákat. Szűk hullámhossz-tartományú fényt nyelnek el, és egy másik hullámhosszú fényt bocsátanak ki újra. Például egy fluoreszkáló csoport elnyelheti a kék fényt (azaz a fluoreszkáló csoportot kék fény gerjeszti), majd ismét zöld fényt bocsát ki. Általában ezt a gerjesztési és emissziós spektrumok összegzik (amint az a fenti ábrán látható). Ezek a diagramok a fluorofor által elnyelt fény hullámhosszait és a fluorofor által kibocsátott fény hullámhosszait mutatják.
A mikroszkóp felépítése nagyon hasonlít egy hagyományos nyílt terű mikroszkópéhoz, két fő különbséggel. Először is, a mintát megvilágító fénynek a gerjesztett fluoreszcens csoport hullámhosszán 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 hosszú áteresztő szűrőnek van egy határhullámhossza. Ha a fény hullámhossza nagyobb, mint a határhullámhossz, átjuthat egy szűrőn. Ezért a név "Long Distance Pass". A rövidebb hullámhosszak blokkolva vannak.
2. lépés: Mikroszkóp modellezése optikai optika segítségével
Ez egy további lépés a mikroszkóp alapelvének megtervezésében. Nem kell fluoreszcens mikroszkópot építeni, így aki nem szeretne az optikában elmélyülni, az kihagyhatja.
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. Némi visszaverődő fény a szemébe néz. 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, egy pontra fókuszálja a fényt, hogy lássuk a tárgyat. Lencse nélkül a fény tovább terjed kifelé, és nem alkot képet.
