Termin "mikroskooppi" juuret ovat kreikkalaiset. Se koostuu kahdesta sanasta, jotka käännöksessä tarkoittavat "pientä" ja "katsoa". Mikroskoopin päärooli on sen käyttö erittäin pienten esineiden tutkimisessa. Samalla tämän laitteen avulla voit määrittää paljaalla silmällä näkymättömien ruumiiden koon ja muodon, rakenteen ja muut ominaisuudet.
Luomisen historia
Historiassa ei ole tarkkaa tietoa siitä, kuka oli mikroskoopin keksijä. Joidenkin lähteiden mukaan sen suunnittelivat lasienvalmistajan Janssenin isä ja poika vuonna 1590. Toinen kilpailija mikroskoopin keksijäksi on Galileo Galilei. Vuonna 1609 tämä tiedemies esitteli laitteen, jossa oli koverat ja kuperat linssit julkiseen katseluun Accademia dei Linceissa.
Mikroskopisten kohteiden katselujärjestelmä on kehittynyt ja parantunut vuosien mittaan. V altava askel sen historiassa oli yksinkertaisen akromaattisesti säädettävän kaksilinssisen laitteen keksintö. Tämän järjestelmän esitteli hollantilainen Christian Huygens 1600-luvun lopulla. Tämän keksijän okulaaritovat tuotannossa tänään. Niiden ainoa haittapuoli on näkökentän riittämätön leveys. Lisäksi Huygensin okulaarit ovat nykyaikaisiin laitteisiin verrattuna epämukavassa asennossa silmille.
Erityisen panoksen mikroskoopin historiaan antoi tällaisten instrumenttien valmistaja Anton Van Leeuwenhoek (1632-1723). Hän kiinnitti biologien huomion tähän laitteeseen. Leeuwenhoek teki pienikokoisia tuotteita, jotka oli varustettu yhdellä, mutta erittäin vahvalla linssillä. Tällaisten laitteiden käyttö oli hankalaa, mutta ne eivät kaksinkertaistaneet yhdistelmämikroskoopeissa esiintyviä kuvavirheitä. Keksijät pystyivät korjaamaan tämän puutteen vasta 150 vuoden kuluttua. Optiikan kehityksen myötä kuvanlaatu komposiittilaitteissa on parantunut.
Mikroskooppien parantaminen jatkuu tänään. Joten vuonna 2006 biofysikaalisen kemian instituutissa työskentelevät saksalaiset tutkijat Mariano Bossi ja Stefan Hell kehittivät uusimman optisen mikroskoopin. 10 nm:n kokoisten esineiden ja kolmiulotteisten korkealaatuisten 3D-kuvien tarkkailukyvyn vuoksi laitetta kutsuttiin nanoskoopiksi.
Mikroskooppien luokitus
Tällä hetkellä on olemassa laaja valikoima laitteita, jotka on suunniteltu pienten esineiden tutkimiseen. Niiden ryhmittely perustuu erilaisiin parametreihin. Tämä voi olla mikroskoopin tarkoitus tai käytetty valaistusmenetelmä, optisessa suunnittelussa käytetty rakenne jne.
Mutta yleensä mikroskooppien päätyypitluokitellaan tämän järjestelmän avulla nähtävissä olevien mikrohiukkasten resoluution mukaan. Tämän jaon mukaan mikroskoopit ovat:
- optinen (valo);
-elektroninen;
-röntgen;-skannausanturi.
Laajimmin käytetyt mikroskoopit ovat valotyyppisiä. Niiden laaja valikoima löytyy optiikkaliikkeistä. Tällaisten laitteiden avulla ratkaistaan kohteen tutkimuksen päätehtävät. Kaikki muut mikroskoopit luokitellaan erikoistuneiksi. Niitä käytetään yleensä laboratoriossa.
Jokaisella edellä mainituista laitteista on alalajinsa, joita käytetään tietyllä alueella. Lisäksi nykyään on mahdollista ostaa koulumikroskooppi (tai koulutus), joka on lähtötason järjestelmä. Tarjotaan kuluttajille ja ammattilaitteille.
Hakemus
Mihin mikroskooppi on tarkoitettu? Ihmissilmällä, joka on erityinen biologinen optinen järjestelmä, on tietty resoluutio. Toisin sanoen havaittujen kohteiden välillä on pienin etäisyys, kun ne voidaan vielä erottaa. Normaalille silmälle tämä resoluutio on 0,176 mm. Mutta useimpien eläin- ja kasvisolujen, mikro-organismien, kiteiden, metalliseosten, metallien jne. mikrorakenteen mitat ovat paljon pienempiä kuin tämä arvo. Kuinka tutkia ja tarkkailla tällaisia esineitä? Täällä erityyppiset mikroskoopit tulevat ihmisten avuksi. Esimerkiksi optisten tyyppisten laitteiden avulla voidaan erottaa rakenteet, joissa etäisyyselementtien välinen etäisyys on vähintään 0,20 µm.
Kuinka mikroskooppi toimii?
Laitteessa, jonka avulla ihmissilmä voi tutkia mikroskooppisia esineitä, on kaksi pääelementtiä. Ne ovat linssi ja okulaari. Nämä mikroskoopin osat on kiinnitetty liikkuvaan putkeen, joka sijaitsee metallialustalla. Siinä on myös aihetaulukko.
Nykyaikaiset mikroskoopit on yleensä varustettu valaistusjärjestelmällä. Tämä on erityisesti lauhdutin, jossa on iiriskalvo. Pakollinen sarja suurennuslaitteita ovat mikro- ja makroruuvit, joilla säädetään terävyyttä. Mikroskooppien suunnittelussa on myös järjestelmä, joka ohjaa lauhduttimen asentoa.
Erityisissä, monimutkaisemmissa mikroskoopeissa käytetään usein muita lisäjärjestelmiä ja laitteita.
Linssit
Haluan aloittaa mikroskoopin kuvauksen tarinalla yhdestä sen pääosista, eli linssistä. Ne ovat monimutkainen optinen järjestelmä, joka suurentaa kyseessä olevan kohteen kokoa kuvatasossa. Linssien suunnittelu sisältää kokonaisen järjestelmän, joka koostuu ei vain yksittäisistä, vaan myös liimatuista kahdesta tai kolmesta linssistä.
Tällaisen optis-mekaanisen suunnittelun monimutkaisuus riippuu tehtävistä, jotka yhden tai toisen laitteen on ratkaistava. Esimerkiksi monimutkaisimmassa mikroskoopissa on jopa neljätoista linssiä.
Sisältyy objektiiviinovat etuosa ja sitä seuraavat järjestelmät. Millä perusteilla halutun laadukkaan kuvan rakentaminen ja toimintatilan määrittäminen on? Tämä on etulinssi tai niiden järjestelmä. Linssin myöhempiä osia tarvitaan vaaditun suurennuksen, polttovälin ja kuvanlaadun saavuttamiseksi. Tällaisten toimintojen toteuttaminen on kuitenkin mahdollista vain yhdessä etulinssin kanssa. On syytä mainita, että seuraavan osan muotoilu vaikuttaa putken pituuteen ja laitteen linssin korkeuteen.
Okulaarit
Nämä mikroskoopin osat ovat optinen järjestelmä, joka on suunniteltu rakentamaan tarvittava mikroskooppinen kuva tarkkailijan silmän verkkokalvon pinnalle. Okulaarit sisältävät kaksi linssiryhmää. Lähintä tutkijan silmää kutsutaan silmäksi ja kauimpana olevaa kenttää (sen avulla linssi rakentaa kuvan tutkittavasta kohteesta).
Valaistusjärjestelmä
Mikroskopissa on monimutkainen rakenne kalvoista, peileistä ja linsseistä. Sen avulla varmistetaan tutkittavan kohteen tasainen valaistus. Varhaisemmissa mikroskoopeissa tämä toiminto suoritettiin luonnollisilla valonlähteillä. Kun optiset laitteet paranivat, ne alkoivat käyttää ensin litteitä ja sitten koveria peilejä.
Tällaisten yksinkertaisten yksityiskohtien avulla auringon tai lampun säteet suunnattiin tutkittavaan kohteeseen. Nykyaikaisissa mikroskoopeissa valaistusjärjestelmä on täydellisempi. Se koostuu lauhduttimesta ja keräimestä.
Aihetaulukko
Mikroskopiset valmisteet, jotka vaativat tutkimusta,asetetaan tasaiselle pinnalle. Tämä on aihetaulukko. Erityyppisissä mikroskoopeissa tämä pinta voidaan suunnitella siten, että tutkittava kohde pyörii tarkkailijan näkökentässä vaakasuunnassa, pystysuunnassa tai tietyssä kulmassa.
Toimintaperiaate
Ensimmäisessä optisessa laitteessa linssijärjestelmä tarjosi käänteisen kuvan mikroobjekteista. Tämä mahdollisti aineen rakenteen ja pienimmätkin tutkittavat yksityiskohdat. Tämän päivän valomikroskoopin toimintaperiaate on samanlainen kuin refraktoriteleskoopin tekemä työ. Tässä laitteessa valo taittuu kulkiessaan lasiosan läpi.
Miten nykyaikaiset valomikroskoopit suurentavat? Kun valonsäteet saapuvat laitteeseen, ne muunnetaan rinnakkaiseksi virtaukseksi. Vasta sitten valon taittuminen okulaarissa, minkä seurauksena mikroskooppisten esineiden kuva kasvaa. Lisäksi nämä tiedot tulevat siinä muodossa, jota tarkkailija tarvitsee visuaaliseen analysaattoriinsa.
Valomikroskooppien alalajit
Nykyaikaiset optiset instrumentit luokitellaan:
1. Tutkimus-, työ- ja koulumikroskoopin monimutkaisuusluokan mukaan.
2. Käyttöalan mukaan kirurgisia, biologisia ja teknisiä.
3. Mikroskopiatyypeillä heijastuneen ja läpäisevän valon, vaihekontaktin, luminesoivan ja polarisoivan valon laitteille.4. Valovirran suunnassa käänteiseen ja suoraan.
Elektronimikroskoopit
Ajan mittaan mikroskooppisten esineiden tutkimiseen tarkoitetusta laitteesta on tullut yhä täydellisempi. Sellaiset mikroskoopit ilmestyivät, joissa käytettiin täysin erilaista toimintaperiaatetta, joka oli riippumaton valon taittamisesta. Uusimpien laitteiden käyttöprosessissa elektronit olivat mukana. Tällaiset järjestelmät mahdollistavat yksittäisten aineen osien näkemisen niin pieninä, että valonsäteet vain virtaavat niiden ympärillä.
Mihin elektronityyppinen mikroskooppi on tarkoitettu? Sitä käytetään solujen rakenteen tutkimiseen molekyyli- ja subsellulaarisella tasolla. Samanlaisia laitteita käytetään myös virusten tutkimiseen.
Elektronimikroskooppien suunnittelu
Mikä on uusimpien mikroskooppisten kohteiden katselulaitteiden toiminnan taustalla? Miten elektronimikroskooppi eroaa valomikroskoopista? Onko niiden välillä yhtäläisyyksiä?
Elektronimikroskoopin toimintaperiaate perustuu sähkö- ja magneettikenttien ominaisuuksiin. Niiden pyörimissymmetria pystyy fokusoimaan elektronisuihkuja. Tämän perusteella voimme vastata kysymykseen: "Miten elektronimikroskooppi eroaa valomikroskoopista?" Siinä, toisin kuin optisessa laitteessa, ei ole linssejä. Niiden roolia hoitavat asianmukaisesti lasketut magneetti- ja sähkökentät. Ne syntyvät käämien kierroksista, joiden läpi virta kulkee. Tässä tapauksessa tällaiset kentät toimivat kuin suppeneva linssi. Kun virta kasvaa tai pienenee, polttoväli muuttuu.instrumentin etäisyys.
Mitä tulee piirikaavioon, elektronimikroskoopissa se on samanlainen kuin valolaitteen piirikaavio. Ainoa ero on, että optiset elementit korvataan vastaavilla sähköisillä.
Esineen suurentuminen elektronimikroskopeissa johtuu tutkittavan kohteen läpi kulkevan valonsäteen taittumisesta. Eri kulmissa säteet menevät objektiivin tasoon, jossa näytteen ensimmäinen suurennus tapahtuu. Sitten elektronit kulkevat välilinssiin. Siinä tapahtuu tasainen muutos kohteen koon kasvussa. Lopullisen kuvan tutkittavasta materiaalista antaa projektiolinssi. Siitä kuva putoaa fluoresoivalle näytölle.
Elektronimikroskooppien tyypit
Nykyaikaisia suurennuslasityyppejä ovat:
1. TEM eli transmissioelektronimikroskooppi. Tässä asetelmassa kuva erittäin ohuesta, jopa 0,1 µm paksuisesta esineestä muodostuu elektronisuihkun vuorovaikutuksesta tutkittavan aineen kanssa ja sen myöhemmällä suurennuksella objektiivin magneettisilla linsseillä.
2. SEM eli pyyhkäisyelektronimikroskooppi. Tällainen laite mahdollistaa kuvan saamisen kohteen pinnasta korkealla, useiden nanometrien luokkaa olevalla resoluutiolla. Lisämenetelmiä käytettäessä tällainen mikroskooppi tarjoaa tietoa, joka auttaa määrittämään pintaa lähellä olevien kerrosten kemiallisen koostumuksen.3. Tunneling Scanning Electron Microscope tai STM. Tämän laitteen avulla voidaan helpottaa johtavia pintoja, joilla on korkea tilalupa. STM:n kanssa työskennellessä terävä metallineula tuodaan tutkittavaan kohteeseen. Samalla säilytetään vain muutaman angströmin etäisyys. Seuraavaksi neulaan kohdistetaan pieni potentiaali, jonka vuoksi tunnelivirta syntyy. Tässä tapauksessa tarkkailija saa kolmiulotteisen kuvan tutkittavasta kohteesta.
Leuwenhoek-mikroskoopit
Vuonna 2002 Amerikkaan ilmestyi uusi optisia instrumentteja valmistava yritys. Sen tuotevalikoimaan kuuluvat mikroskoopit, kaukoputket ja kiikarit. Kaikki nämä laitteet erottuvat korkeasta kuvanlaadusta.
Yrityksen pääkonttori ja kehitysosasto sijaitsevat Yhdysvalloissa, Fremondin kaupungissa (Kalifornia). Mutta tuotantolaitokset sijaitsevat Kiinassa. Kaiken tämän ansiosta yritys toimittaa edistyksellisiä ja laadukkaita tuotteita markkinoille edulliseen hintaan.
Tarvitsetko mikroskoopin? Levenhuk ehdottaa tarvittavaa vaihtoehtoa. Yrityksen optisten laitteiden valikoimaan kuuluu digitaalisia ja biologisia laitteita tutkittavan kohteen suurentamiseen. Lisäksi ostajalle tarjotaan suunnittelijamalleja eri väreissä.
Levenhuk-mikroskoopissa on laajat toiminnot. Esimerkiksi aloitustason harjoituslaite voidaan liittää tietokoneeseen, ja se pystyy myös tallentamaan videota meneillään olevasta tutkimuksesta. Levenhuk D2L malli on varustettu tällä toiminnolla.
Yhtiö tarjoaa eritasoisia biologisia mikroskooppeja. Nämä ovat yksinkertaisempia malleja ja uutuuksia,sopii ammattilaisille.
