0%

میکروسکوپ

در این مقاله به آشنایی با میکروسکوپ ها و نحوه کار آنها می‌پردازیم. میکروسکوپ درخشان ، میکروسکوپ فلورسانس و میکروسکوپ الکترونی نمونه‌هایی از میکروسکوپ‌ها می‌باشند.

مقدمه

اگر با برخی از زیست شناسان سلولی روبرو شوید و آنها را وادار کنید در مورد آنچه در کارشان بیشتر لذت می برند صحبت کنند ، ممکن است دریابید که این مسئله به یک چیز برمی گردد: همه آنها عاشق میکروسکوپ هستند. چیزی که آنها واقعاً دوست دارند این است که ساعت ها در یک اتاق کوچک و تاریک بنشینند و از طریق لنز یک میکروسکوپ با نوع سلول مورد علاقه خود ارتباط برقرار کنند. شاید عجیب به نظر برسد ، اما واقعیت این است که سلول های زنده می توانند بسیار زیبا باشند. برای مثال تصویر زیر گیاه کوچک گل دهنده مربوط به خردل را نشان می دهد.

Image credit: Carrie Metzinger Northover, Bergmann Lab, Stanford University.

این تصویر یک میکروگراف نوری ساده نیست. این یک تصویر فلورسنت از یک گیاه مخصوص تهیه شده است که در آن قسمت های مختلف سلول با برچسب هایی برچسب گذاری شده اند تا باعث درخشش آنها شود. با این حال ، این نوع پیچیدگی و زیبایی سلولی در اطراف ماست ، خواه بتوانیم آن را ببینیم یا نه.

میکروسکوپ و لنزها

اگرچه اندازه سلول ها متفاوت است ، اما به طور کلی بسیار کوچک هستند. به عنوان مثال ، قطر یک گلبول قرمز معمولی انسان حدود هشت میکرومتر (0.008 میلی متر) است. برای اینکه راحت درک کنید بهتر است بدانید ، قطر سر یک سنجاق حدود یک میلی متر است. بنابراین می توان حدود 125 گلبول قرمز را به طور یک ردیف در سر یک سنجاق به صف ردیف کرد. به استثنای چند مورد ، سلولهای منفرد با چشم غیر مسلح دیده نمی شوند . بنابراین دانشمندان باید در عوض از میکروسکوپ ها برای مطالعه آنها استفاده کنند. میکروسکوپ ابزاری است که از اشیا خیلی کوچک تصویر بزرگتری تولید می کند. بیشتر عکسهای سلولها با استفاده از میکروسکوپ گرفته می شود و می توان این تصاویر را میکروگراف نیز نامید.

از تعریف بالا ، ممکن است به نظر برسد که میکروسکوپ فقط نوعی ذره بین است. در واقع ، ذره بین ها به عنوان میکروسکوپ شناخته می شوند. از آنجا که آنها فقط یک عدسی دارند ، آنها را میکروسکوپ ساده می نامند. ابزارهای ساده تری که ما معمولاً به عنوان میکروسکوپ تصور می کنیم ، میکروسکوپ های ترکیبی هستند. میکروسکوپ های ترکیبی دارای چندین لنز هستند. به دلیل نحوه چیدمان این لنزها ، آنها می توانند نور را خم کنند و تصویری با بزرگنمایی بیشتر از یک ذره بین تولید کنند.

در یک میکروسکوپ مرکب با دو لنز ، ترتیب لنزها نتیجه جالبی دارد. جهت گیری تصویری که مشاهده می کنید در ارتباط با شی واقعی که بررسی می کنید ، تغییر می کند. اگر به کاغذ روزنامه ای با حرف “e” نگاه کنید ، تصویری که از طریق میکروسکوپ مشاهده میکنید”ə” است. میکروسکوپ های مرکب پیچیده تر ممکن است تصویر معکوس تولید نکنند زیرا شامل یک لنز اضافی هستند که تصویر را دوباره به حالت طبیعی برگرداند.

چه چیزی میکروسکوپ ابتدایی را از دستگاه قدرتمندی که در آزمایشگاه تحقیقاتی استفاده می شود متمایز می کند؟ دو پارامتر ویژه در میکروسکوپ مهم هستند: بزرگنمایی و وضوح.

بزرگنمایی

بزرگنمایی اندازه گیری میزان بزرگتر شدن یک میکروسکوپ (یا مجموعه ای از لنزهای درون میکروسکوپ) است. میکروسکوپ های نوری که معمولاً در دبیرستان ها استفاده می شوند ، تقریباً 400 برابر اندازه واقعی بزرگ می کنند. بنابراین ، چیزی که در زندگی واقعی 1 میلی متر عرض داشت ، در تصویر میکروسکوپ به عرض 400 میلی متر است.

وضوح

وضوح میکروسکوپ یا لنز کمترین فاصله ای است که می توان از طریق آن دو نقطه را از هم جدا کرد و همچنان به عنوان اجسام جداگانه تشخیص داد. هرچه این مقدار کمتر باشد ، قدرت تفکیک میکروسکوپ بیشتر و وضوح و جزئیات تصویر بهتر است. اگر دو سلول باکتریایی بسیار نزدیک به هم باشند ، ممکن است به صورت یک نقطه مبهم و تار بر روی میکروسکوپ با قدرت تفکیک پایین به نظر برسند ، اما می توان آنها را جدا از هم در میکروسکوپ با قدرت تفکیک بالا مشاهده کرد.

اگر تصویر واضحی از چیز بسیار ریز بخواهید ، بزرگنمایی و وضوح تصویر نیز مهم است. به عنوان مثال ، اگر یک میکروسکوپ از بزرگنمایی زیاد اما وضوح پایین برخوردار باشد ، آنچه دریافت خواهید کرد نسخه بزرگتر یک تصویر تار است. انواع مختلف میکروسکوپ ها از نظر بزرگنمایی و تفکیک متفاوت هستند.

میکروسکوپ نوری

بیشتر میکروسکوپ های دانشجویی به عنوان میکروسکوپ نوری طبقه بندی می شوند. در میکروسکوپ نوری ، نور مرئی از نمونه عبور می کند (نمونه بیولوژیکی که مشاهده می کنید) و از طریق سیستم عدسی دچتذ شکست شده و به کاربر اجازه می دهد یک تصویر بزرگ شده را ببیند. یک مزیت میکروسکوپ نوری این است که اغلب می توان سلول های زنده را مشاهده کرد. بنابراین می توان سلول هایی را که رفتارهای طبیعی خود را انجام می دهند (به عنوان مثال مهاجرت یا تقسیم) زیر میکروسکوپ مشاهده کرد.

Image credit: OpenStax Biology. Modification of work by “GcG”/Wikimedia Commons.

نوع دیگر میکروسکوپ نوری ، میکروسکوپ فلورسانس است که برای تصویربرداری از نمونه هایی که فلورسنس می شوند. برای تحریک مولکولهای فلورسنت از نور یک طول موج استفاده می شود و نور با طول موج متفاوت که از آنها ساطع می شود جمع آوری شده و برای تشکیل تصویر استفاده می شود. در بیشتر موارد ، قسمتی از سلول یا بافت که می خواهیم به آن نگاه کنیم به طور طبیعی فلورسنت نیست و در عوض قبل از قرار گرفتن در میکروسکوپ باید با رنگ یا برچسب فلورسنت برچسب گذاری شود.

تصویر برگ در ابتدای مقاله با استفاده از نوع خاصی از میکروسکوپ فلورسانس به نام میکروسکوپ کانفوکال تهیه شده است. این میکروسکوپ با استفاده از لیزر لایه نازکی از نمونه را تحریک می کند و فقط نور ساطع شده از لایه هدف را جمع می کند و یک تصویر واضح و بدون تداخل از مولکول های فلورسنت در لایه های اطراف تولید می کند.

میکروسکوپ الکترونی

برخی از انواع پیشرفته میکروسکوپ نوری می توانند تصاویر با وضوح بسیار بالا تولید کنند. اگر می خواهید چیزی بسیار ریز و با وضوح بسیار بالا مشاهده کنید ، باید از میکروسکوپ الکترونی استفاده کنید.

میکروسکوپ های الکترونی تصویری از نمونه را با استفاده از پرتو الکترون تولید می کنند. طول موج الکترونها بسیار کمتر از نور مرئی است و این به میکروسکوپهای الکترونی امکان تولید تصاویر با وضوح بالاتر را می دهد. میکروسکوپ الکترونی نه تنها می تواند برای بررسی سلولهای کامل بلکه ساختارهای زیر سلول و محفظه های درون آنها نیز مورد استفاده قرار گیرد.

با این حال ، یک محدودیت این است که نمونه های میکروسکوپ الکترونی باید در میکروسکوپ الکترونی تحت خلا قرار بگیرند. این بدان معنی است که نمی توان از سلول های زنده تصویربرداری کرد.

Image credit: OpenStax Biology. Credit a: modification of work by CDC/Armed Forces Institute of Pathology, Charles N. Farmer, Rocky Mountain Laboratories; credit b: modification of work by NIAID, NIH; scale-bar data from Matt Russell.

در تصویر بالا ، می توانید نحوه مشاهده باکتری های سالمونلا در یک میکروگراف نور (چپ) را در مقایسه با تصویری که با میکروسکوپ الکترونی (سمت راست) گرفته شده ، مقایسه کنید. باکتری ها در تصویر میکروسکوپ نوری به صورت نقاط ریز بنفش ظاهر می شوند . در میکروگراف الکترونی ، می توانید شکل و بافت سطح آنها و همچنین جزئیات سلول های انسانی را که می خواهند به آنها حمله کنند ، به وضوح مشاهده کنید.

Image credit: OpenStax Biology. Modification of work by Evan Bench.

انواع میکروسکوپ الکترونی

میکروسکوپ الکترونی دو نوع عمده دارد. در میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ، پرتوی الکترونها از سطح سلول یا بافت به عقب و جلو حرکت می کند و تصویری دقیق از سطح سه بعدی ایجاد می کند. از این نوع میکروسکوپ برای تهیه تصویر باکتری سالمونلا در سمت راست ، بالا استفاده شده است.

در مقابل ، در میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) ، نمونه قبل از تصویربرداری به صورت برشهای بسیار نازک برش داده می شود (به عنوان مثال با استفاده از لبه برش الماس) ، و پرتو الکترون از داخل برش عبور می کند.TEM اغلب برای بدست آوردن تصاویر دقیق از ساختارهای داخلی سلول ها استفاده می شود.

میکروسکوپ های الکترونیکی ، مانند نمونه فوق ، به طور قابل توجهی بزرگتر و گرانتر از میکروسکوپ های نوری استاندارد هستند. جای تعجب نیست که با توجه به ذرات زیر اتمی که باید کنترل کنند، ساختار بزرگتر و پیچیده تری دارند!

آخرین مقالات

پیشنهادهای لحظه‌ای برای شما