Микроскопическая жизнь

Материал из Клуб Слідопитів

Версия 18:14, 5 апреля 2012

Перечислите четыре основных типа микроскопов. Назовите основные характеристики каждого типа. Вы должны быть способны отличить разные типы микроскопов на картинках или посетив лабораторию университета или предприятия, на которых есть такие микроскопы.

Основные типы микроскопов:

1. оптические микроскопы
2. электронные микроскопы
3. сканирующий зондовый микроскоп
4. рентгеновские микроскопы

ВАЖНО! Не следует путать виды микроскопов и методы наблюдения(светлое поле; фазовый контраст; интерференционный контраст; тёмное поле; флуоресценция(окраска акридиновым оранжевым); поляризованный свет; ультрафиолетовые лучи). Это значит, что фазово-контрастный, интерференционный, темнопольный и т.д. микроскопы все же остаются оптическими микроскопами.
Основными параметрами любого микроскопа являются увеличение и разрешающая способность(способность микроскопа разделять изображения двух близких друг к другу точек)

ОПТИЧЕСКИЙ МИКРОСКОП

Принцип работы оптического микроскопа

Монокулярный оптический микроскоп

Принцип работы:

Объективом (к объекту) называют линзу или систему линз с очень коротким фокусом, что обеспечивает большое увеличение. Полученное изображение рассматривается глазом в окуляр (око), который является более длиннофокусной линзой (или системой), что позволяет обеспечить нормальное зрительное восприятие. Между линзами находится металлический корпус -- тубус, в котором предусмотрено перемещение линз для получения четкого изображения участка предмета(или всего небольшого объекта).Увеличение оптического микроскопа может доходить до 2000 раз(исключением из этого правила являются наноскопы, с помощью которых можно преодолеть эффект Аббе). Иначе размер линзы объектива будет таким, что появится явление дифракции Ход лучей в микроскопе - за Вами. Максимальная разрешающая способность светового оптического микроскопа равна 0,2мкм

Примеры изображений, полученных с помощью оптических микроскопов:

Кровь человека 400х

Кожура лука

Инфузория туфелька 400х

ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП

Принцип работы электронного трансмиссионного микроскопа

трансмиссионный электронный микроскоп

Здесь описан принцип просвечивающего(трансмиссионного) электронного микроскопа(ЭМ). В таком микроскопе электроны, прежде чем сформируется изображение, проходят сквозь образец.

ЭМ перевернут «вверх дном» по сравнению со световым микроскопом. Излучение подается на образец сверху, а изображение формируется внизу. Принцип действия ЭМ в сущности тот же, что и светового микроскопа. Электронный пучок направляется конденсорными линзами на образец, а полученное изображение затем увеличивается с помощью других линз.

В верхней части колонны ЭМ находится источник электронов — вольфрамовая нить накала, сходная с той, какая имеется в обычной электрической лампочке. На нее подается высокое напряжение (например, 50 000 В), и нить накала излучает поток электронов. Электромагниты фокусируют электронный пучок.

Внутри колонны создается глубокий вакуум. Это необходимо для того, чтобы сократить до минимума рассеивание электронов из-за столкновения их с частицами воздуха. Для изучения в электронном микроскопе можно использовать только очень тонкие срезы или частицы, так как более крупными объектами электронный пучок почти полностью поглощается. Части объекта, отличающиеся относительно более высокой плотностью, поглощают электроны и потому на сформировавшемся изображении кажутся более темными. Для окрашивания образца с целью увеличения контраста используют тяжелые металлы, такие как свинец и уран.

Электроны невидимы для человеческого глаза, поэтому они направляются на флуоресцирующий экран, который воспроизводит видимое (черно-белое) изображение.

С помощью электронного микроскопа удается достичь высокое разрешение – на практике 0,5 нм. Максимально полезное увеличение х250 000

Примеры изображений, полученных с помощью электронного микроскопа:

Полиовирус. Размером 30 нм	тилакоиды в клетках листа кукурузы	Митохондрии. Легочная ткань млекопитающих	насекомые. Электронный сканирующий микроскоп
Пыльца. Электронный сканирующий микроскоп

СКАНИРУЮЩИЙ ЗОНДОВЫЙ МИКРОСКОП

Принцип действия АСМ

зонд АСМ

Зондовый микроскоп

Сканирующие зондовые микроскопы(СЗМ) стали первыми устройствами, с помощью которых стало возможным наблюдать за нанообъектами и передвигать их.

Основой атомного сканирующего микроскопа(АСМ) служит зонд, обычно сделанный из кремния и представляющий собой тонкую пластинку-консоль (ее называют кантилевером). На конце кантилевера (длина около 500 мкм, ширина около 50 мкм, толщина около 1 мкм) расположен очень острый шип (длина около 10 мкм, радиус закругления от 1 до 10 нм), оканчивающийся группой из одного или нескольких атомов

При перемещении микрозонда вдоль поверхности образца острие шипа приподнимается и опускается, очерчивая микрорельеф поверхности, подобно тому, как скользит по грампластинке патефонная игла. На выступающем конце кантилевера расположена зеркальная площадка, на которую падает и от которой отражается луч лазера. Когда шип опускается и поднимается на неровностях поверхности, отраженный луч отклоняется, и это отклонение регистрируется фотодетектором, а сила, с которой шип притягивается к близлежащим атомам – пьезодатчиком.

Данные фотодетектора и пьезодатчика используются в системе обратной связи, которая может обеспечивать, например, постоянную величину силу взаимодействия между микрозондом и поверхностью образца. В результате, можно строить объёмный рельеф поверхности образца в режиме реального времени. Разрешающая способность АСМ метода составляет примерно 0,1-1 нм по горизонтали и 0,01 нм по вертикали.

Игла сканирующего туннельного микроскопа, находящаяся на постоянном расстоянии (см. стрелки) над слоями атомов исследуемой поверхности

Другая группа сканирующих зондовых микроскопов для построения рельефа поверхности использует так называемый квантово-механический «туннельный эффект». Суть туннельного эффекта состоит в том, что электрический ток между острой металлической иглой и поверхностью, расположенной на расстоянии около 1 нм, начинает зависеть от этого расстояния – чем меньше расстояние, тем больше ток. Если между иглой и поверхностью прикладывать напряжение 10 В, то этот «туннельный» ток может составить от 10 рА до 10 нА. Измеряя этот ток и поддерживая его постоянным, можно сохранять постоянным и расстояние между иглой и поверхностью. Это позволяет строить объёмный профиль поверхности (см. рис. 12). В отличие от атомно-силового микроскопа, сканирующий туннельный микроскоп может изучать только поверхности металлов или полупроводников.

Муравей

Бактерия кишечной палочки. Изображение получено с помощью СЗМ. Длина бактерии – 1,9 мкм, ширина – 1 мкм. Толщина жгутиков и ресничек – 30 нм и 20 нм, соответственно

РЕНТГЕНОВСКИЙ МИКРОСКОП