Deler av et mikroskop: mekaniske og optiske systemer forklart i detalj

Før vi lærer i detalj om delene som et mikroskop består av, er det viktig at vi vet Hva er dette instrumentet, og hvorfor representerte det en vitenskapelig revolusjon?Et mikroskop er et optisk instrument som er laget for å produsere svært forstørrede bilder av ekstremt små objekter, som for eksempel celler, mikroorganismer eller indre vevsstrukturersom praktisk talt er usynlige for det menneskelige øyet. Ved å tillate observasjon av disse elementene og skille mellom deres fine detaljer, ble mikroskopet et viktig verktøy for vitenskapelig praksis.

Et mikroskop må kunne utføre tre grunnleggende oppgaver: forstørre bildet (gjør den større), løser opp svært fine detaljer (skille svært nærliggende punkter som separate elementer) og å projisere bildet på en slik måte at det menneskelige øyet eller et kamera kan se det tydeligFor å oppnå dette kombinerer den en rekke mekaniske og optiske elementer som fungerer sammen. Å forstå delene av mikroskopet og deres funksjoner er viktig for å bruke det riktig og unngå feil i fokusering, belysning eller prøvetolkning.

Litt historie

Oppfinnelsen av mikroskopet er fortsatt usikker. Til tross for nevnelsen av en nederlandsk kjøpmann ved navn Anton Van Leeuwenhoek, som er kjent som faren til mikrobiologi Selv om han får æren for oppdagelsen av røde blodlegemer og forbedringen av mikroskoper, kom den første oppfinnelsen faktisk fra en nederlandsk linsemaker ved navn Zacharias Janssen og hans far, Hans Janssen. Dette skjedde rundt 1590.

Disse tidlige designene tilsvarte en et veldig rudimentært sammensatt mikroskopDet besto av et avlangt rør med linser i endene. Det var et sammensatt mikroskop med et rør omtrent 45 cm langt og 5 cm i diameter, med en konveks linse i hver ende. Å se gjennom dette systemet produserte forstørrede bilder, men med mange optiske avvik og fargede haloer på grunn av kromatisk og sfærisk aberrasjon.

Rundt 1673, nederlenderen Antoni Van Leeuwenhoek, som var en stoffselger uten formell utdanning innen vitenskapHan ble interessert i de små representasjonene av livet han oppfattet da han observerte vev med forstørrelsesglass, noe som førte til at han produserte sine egne enkle mikroskoper med én linse. Takket være sin dyktighet i å polere linser av høy kvalitet oppnådde han forstørrelsesevner som var overraskende for tiden, og ble dermed en sann ekspert. mikrobejeger.

Noen hevder at han laget mer enn 500 forstørrelseslinsersom de kunne øke den opprinnelige størrelsen på mikroorganismer opptil 500 ganger med. Van Leeuwenhoek er kreditert med oppdagelsene av bakterier, protozoer og, ifølge noen publikasjoner, også spermSelv om mikroskopene hans var teknisk enkle (et enkelt objektiv), overgikk de mange sammensatte mikroskoper på sin tid i bildekvalitet nettopp fordi de presenterte færre problemer med optiske avvik.

I mellomtiden har andre forskere, som f.eks. Robert Hooke De utviklet mer sofistikerte sammensatte mikroskoper. Hooke beskrev strukturen til kork i et av verkene sine og skapte begrepet "celle" da han så små hulrom som minnet ham om cellene i en bikake. Over tid, og takket være forbedringer i linseproduksjon og instrumentmekanikk, fikk mikroskoper oppløsning, stabilitet og brukervennlighet, og ble til slutt det kraftige laboratorieverktøyet vi kjenner i dag.

Senere fremskritt innen glassformulering, Kromatisk aberrasjonskorreksjon Innføringen av antirefleksbelegg gjorde det mulig å produsere mye mer presise linser og okularer. Senere ble elektriske lyskilder, finfokuseringssystemer, kikkert-okularer og, i moderne tid, også tatt i bruk. digitale og intelligente mikroskoper som integrerer kameraer, programvare for bildeanalyse og automatisering av oppgaver som fotomikrografi, eksponeringsjustering eller seriell bildeopptak.

Mikroskop klassifisering

Det finnes et bredt utvalg av mikroskoper, noe som gjør at de kan klassifiseres etter flere viktige kriterier. Det er nyttig å forstå disse klassifiseringene for velge riktig type mikroskop avhengig av den tiltenkte bruken i laboratoriet, på skolen eller i industrien.

En grunnleggende klassifisering gjøres i henhold til antall linser, belysningssystem, lysgjennomgang, antall okularer og konfigurasjonen av elementene.

• I henhold til antall linser: Enkel (et enkelt objektiv, som et forstørrelsesglass) og sammensatt (kombiner objektiv og okular for å oppnå forstørrelse i to trinn).
• I henhold til belysningssystemet: Optisk synlig lys (det vanligste i undervisning og laboratorier), elektronisk (som transmisjons- eller skanningselektronmikroskop), ultrafiolett lys, polarisert lys og fluorescens.
• I henhold til lystransmisjonen: Gjennomsiktig lys (lys passerer gjennom prøven, ideelt for tynt vev) og reflektert eller episkopisk lys (lys reflekteres fra overflaten av prøven, mye brukt i materialer og elektronikk).
• I henhold til antall okularer: Monokulær (ett okular), kikkert (to okularer for mer komfortabel observasjon og tilsynelatende stereoskopisk syn) og trinokulær (to okularer for direkte observasjon og et tredje rør for kamera).
• I henhold til konfigurasjonen av elementer: Digital (integrert kamera og ofte datatilkobling), stereoskopisk eller disseksjon (tilbyr et tilsynelatende tredimensjonalt bilde og lave forstørrelser, veldig nyttig for feltarbeid eller disseksjon).

Det finnes også andre typer spesialiserte mikroskoper, for eksempel: mørkt felt (forbedrer kontrasten i lett fargede prøver), konfokal (produserer høyoppløselige bilder og optiske 3D-kutt) og av fasekontrast (ideelt for gjennomsiktige, ufargede levende celler).

I tillegg til å skille mellom typer, er det også lurt å vurdere parametere som når man velger et mikroskop oppløsning (evne til å separere to punkter som er svært nær hverandre), nyttig forsterkningskraftkvaliteten på linsene og kondensatoren, og budsjett tilgjengeligNoen modeller gir høyere oppløsning med mindre synlig forstørrelse, noe som kan være mer nyttig enn å ha overdrevet forstørrelse, men ingen reelle detaljer.

Deler av et mikroskop

For å bestemme delene i et mikroskop snakker vi om to hovedsett: det mekaniske systemet y det optiske systemet.

Det mekaniske systemet består av alle delene som sørger for støtte, stabilitet og bevegelse til de optiske elementene. Det optiske systemet består av linsene og tilhørende komponenter bildedannelse, forstørrelse og belysningDet kombinerte arbeidet til begge systemene er det som gjør at prøven som plasseres på scenen kan observeres tydelig.

Mange tekster refererer også til tre generelle strukturelle deler: hode eller kropp (der de fleste optiske elementene er konsentrert), basen (støtte og belysning) og arm (forbindelse mellom base og hode). Selv om navnene kan variere noe, er funksjonen i hovedsak den samme.

Mikroskopets mekaniske system

Som til Mekanisk systemMonteringen, også kalt en rigg, finnes i forskjellige former og størrelser. Det finnes store, mellomstore og små eller bærbare modeller. Større modeller har ofte alle nødvendige elementer for profesjonelt arbeidsamt å tillate utveksling av deler og tilbehør for å gjøre svært varierte observasjoner.

Til tross for forskjeller i størrelse, deler de fleste sammensatte optiske mikroskoper lignende egenskaper og deler, der de strukturelle elementene er ansvarlige for Hold prøvene på linje, sørg for stabilitet av enheten og tillate presise bevegelser for fokusering.

• Base eller fot:

Det er vanligvis den tyngste delen for å forsyne balanse og stabilitet som trengs viktig for å gjennomføre studien. Den er plassert nederst på mikroskopet og Resten av elementene er montert oppå den.Den er vanligvis Y-formet, hesteskoformet eller rektangulær, og inni den huser den, i de fleste moderne modeller, illuminator eller lyskilde.

Den inkluderer noen nederst sklisikre gummistøtfangere for å forhindre at mikroskopet glir på overflaten det hviler på. Denne basen bidrar også til å absorbere små vibrasjoner, noe som forbedrer bildeskarpheten ved bruk av høy forstørrelse.

• arm:

Det er mellomstykket i mikroskopet som forbinder alle delene og utgjør mikroskopskjelettDen er ansvarlig for å koble overflaten der prøven plasseres til okularet som den kan observeres gjennom. De forskjellige linsene i mikroskopet er festet til armen, både objektivlinsen og okularlinsen.

I mange modeller inkluderer armen også makrometrisk og mikrometrisk fokuseringssystem Det fungerer også som et håndtak for sikker transport av mikroskopet. Derfor anbefales det å holde utstyret i armen med én hånd og støtte basen med den andre når du flytter det, for å unngå støt og feiljustering.

• Plate:

Prøven som skal observeres plasseres der. Scenen er en flat, stiv overflate, vanligvis metallisk, som objektglasset med prøven er plassert på. Den vertikale posisjonen til denne overflaten i forhold til objektivlinser Den er justerbar via to skruer som er plassert svært nær basen eller på selve armen.

Tallerkenen har en midthull som prøven belyses gjennom, siden lysstrålen fra pæren eller speilet må passere gjennom den. Det finnes også to klemmer festet til denne, kalt plateklips, som holder objektglasset godt fast.

Mer avanserte mikroskoper bruker en mekanisk plateDette inkluderer skruer eller knotter for kontrollert bevegelse av prøven langs X- og Y-aksene (horisontalt og vertikalt). Dette gjør det mulig å skanne prøven uten å berøre den med fingrene, noe som resulterer i jevne og presise bevegelser under observasjon.

• Pinsett:

De er festet til platen og tillater holde prøven i en fast posisjonFunksjonen er å forhindre at objektglasset beveger seg under fokusering eller når du flytter objektbordet, noe som er spesielt viktig når du arbeider med høy forstørrelse eller når du foretar presise målinger.

• Grov skrue:

Funksjonen er å justere prøvens vertikale posisjon i forhold til objektivlinsen. Denne større skruen virker på røret eller scenen, slik at relativt store forskyvninger i vertikal retning. Den brukes til å oppnå et initialt fokus som deretter komplementeres med den neste skruen kalt mikrometerskruen.

Bevegelsen den genererer er vanligvis lik den til en glidelåsved raskt å flytte objektivene nærmere eller lenger fra prøven. Derfor må den brukes forsiktig når man arbeider med objektiver med høy forstørrelse for å unngå at linsen treffer objektglasset.

• Mikrometer skrue:

Den har større presisjon, så den brukes til å oppnå en fin og presis fokusering av prøven. Justeringen må gjøres sakte for den vertikale forskyvningen av scenen eller røret. Bevegelsene den produserer er ekstremt små (i størrelsesorden tusendels millimeter), noe som gjør det mulig å finjustere fokuset for å oppnå maksimal skarphet.

I mange mikroskoper er grov- og finjusteringsknappene kombinert til én koaksialt system (to konsentriske hjul), noe som forenkler håndteringen og sparer plass på instrumentarmen.

• Røre:

Det er den roterende delen der linsene er montert. Den er også kjent som objektivtårn eller nesestykkeDet er verdt å nevne at hver linse har spesifikke egenskaper; det vil si at hver enkelt gir en ulik forstørrelse. Revolveren lar deg velge den mest passende linsen for de spesifikke behovene til studien.

Revolveren lar deg vanligvis velge mellom tre eller fire forskjellige målSelv om noen avanserte modeller kan inneholde mer. Den inkluderer vanligvis et klikk- eller stoppsystem som indikerer når et objektiv er riktig sentrert på den optiske aksen. Denne sentreringen er viktig for et skarpt bilde og et godt justert synsfelt.

• Rør:

Som navnet antyder, er det et rør festet til armen til mikroskop som muliggjør forbindelse mellom okularet og objektivene. Det er en strukturell komponent som er viktig for å opprettholde riktig justering av de optiske elementeneI noen design kan røret deles inn i flere segmenter, spesielt i trinokulære mikroskoper eller de med vippbare hoder.

I kikkertmikroskop deler røret seg i to grener for å huse de to okularene, og i mange tilfeller tillater det justering av interpupillær avstandtilpasser seg avstanden mellom brukerens øyne for komfortabel visning.

I tillegg til disse delene inkluderer noen mikroskoper en bildestopp eller fokusbegrenser som kontrollerer hvor langt scenen kan heves, og forhindrer at objektivlinsen kommer i kontakt med objektglasset og potensielt skader både prøven og optikken.

Deler av optisk system

Vi har allerede forklart elementene som utgjør det mekaniske systemet i et mikroskop. Nå skal vi lære mer om deler av det optiske systemetDette systemet er ansvarlig for å generere og manipulere tilstrekkelig lys som er berettiget i henhold til studien som skal utføres, samt for å danne og utvide bildet av utvalget.

De optiske delene av mikroskopet brukes til å se, forstørre og produsere et klart bilde av en prøve plassert på et lysbilde. De inkluderer linser, membraner, prismer og lyskilden. Alle disse er utformet for å redusere problemer som forvrengning, uskarphet og fargeavvik.

• Spotlight eller lyskilde:

Det er selvfølgelig et viktig element siden det er det som genererer lyset som rettes mot prøven. Avhengig av mikroskoptypen rettes lysstrålen som sendes ut av lampen mot et speil som igjen... tiden omdirigerer den til prøven, eller den går direkte til kondensatoren som er plassert under platen.

Lyskilden er vanligvis en halogen- eller LED-lampe Integrert i mikroskopets base, med relativt lav spenning for å unngå overoppheting av prøven. Noen modeller lar deg justere lysintensiteten ved hjelp av en potensiometer eller reostatsom bidrar til å justere kontrasten og den visuelle komforten til observatøren.

Fokusposisjonen vil avhenge av om det er et mikroskop av reflektert lys eller transmittert lysI gjennomlysning er lyskilden under scenen. I reflektert lys er illuminatoren plassert over, og lyset treffer prøveoverflaten ovenfra.

• Kondensator:

Han har ansvaret for å konsentrere og fokusere lysstrålene som kommer fra lyskilden mot prøven. Normalt er disse divergente, så kondensatoren endrer retning, noe som gjør dem parallelle eller til og med konvergente, slik at de belyser synsfeltet homogent.

Den ligger rett under platen og er vanligvis ledsaget av en selvfokuseringsmekanisme (kondensorfokuseringsknapp) som lar deg heve eller senke den for å justere måten lyset treffer prøven på, noe som er spesielt viktig når du arbeider med høyere forstørrelser (over 400x).

I mikroskoper av høy kvalitet brukes en Abbe-kondensatorUtviklet for å tilby en høy numerisk blenderåpning og svært kontrollert belysning, noe som bidrar til å oppnå klare og kontrastrike bilder selv med linser med høy forstørrelse.

• Membran:

Denne delen lar deg regulere mengden lys som kommer inn i prøvenDenne handlingen med å regulere lyset åpner for muligheten til å variere kontrasten som prøven observeres medMembranen er plassert rett under scenen, tilknyttet kondensatoren, og den optimale innstillingen avhenger av typen prøve som observeres, samt gjennomsiktigheten av det samme.

Det fungerer på samme måte som iris i det menneskelige øyetBlenderåpningen: Når den åpnes, slipper den inn mer lys, og når den lukkes, reduseres det. Riktig justering av blenderåpningen bidrar til å unngå bilder som er for lyse eller for mørke, og lar deg fremheve detaljer som kan gå ubemerket hen med feil belysning.

• Objetivo:

Dette elementet er sett med linser som er nærmest prøvenDisse linsene produserer det første forstørrelsestrinnet. Objektivene er montert på revolveren, slik at man kan velge riktig objektiv for den nødvendige forstørrelsen.

De har følgende skrevet på siden: forstørrelse (for eksempel 4x, 10x, 40x, 100x) og numerisk åpning noe de innrømmer er en nøkkelparameter for oppløsning. Brennvidden deres er naturlig nok svært kort, spesielt i linser med høy forstørrelse, noe som krever at linsen bringes svært nær prøven for å få et fokusert bilde.

Mange mikroskoper har minst tre objektiver: ett av lav forstørrelse eller skanning, en mellomliggende og en av høy økningNoen inkluderer et oljeimmersionsobjektiv, som gir større oppløsningsevne ved å øke brytningsindeksen mellom linsen og prøven.

• Okular:

Etter at objektivlinsen gir det første forstørrelsestrinnet, er det okularet, som er et optisk element, som gir andre trinn i bildeforstørrelsenDet vil si at den også forstørrer bildet som tidligere har blitt forstørret av objektivlinsen, selv om forstørrelsen som gis av okularet vanligvis er mindre enn objektivlinsens.

Likevel er det gjennom dette elementet man kan faktisk observere prøvenDe fleste standard okularer tilbyr 10x forstørrelse, men okularer på 5x, 15x eller 20x er også tilgjengelige, avhengig av arbeidstypen. Det er her klassifiseringen av mikroskoper kommer inn i bildet. monokulærer, kikkerter og til og med trinokularer.

Forstå da at total forstørrelse av mikroskopet Forstørrelsen bestemmes av kombinasjonen av objektivlinsen og okularet (ved å multiplisere begge verdiene). Å velge riktig kombinasjon er nøkkelen til å balansere forstørrelse, synsfelt og lysstyrke. Overdreven forstørrelse uten tilstrekkelig oppløsning gir bare et veldig stort bilde, men et som mangler nyttige detaljer.

• Optisk prisme:

I følge noen medisinske tekster inkluderer noen mikroskoper innsiden prismer som kan korrigere lysretningenDette elementet er viktig i tilfeller med kikkertmikroskoper, siden prismet deler lysstrålen som kommer fra objektivet slik at den kan rettes mot to forskjellige okularer.

I tillegg til å dele strålen, kan disse prismene riktig bildeorienteringslik at det som observeres fremstår med riktig orientering og ikke invertert eller snudd på hodet, noe som letter tolkningen av prøven. I trinokulære mikroskoper kan prismene også rette noe av lyset mot det tredje røret, som et kamera er festet til for fotomikrografi eller sanntidsvideo.

Andre elektriske elementer og kontrollelementer

Mange moderne modeller inkluderer en intern eller ekstern transformator som tilpasser den elektriske strømmen til mikroskoplampens behov, siden pærens effekt vanligvis er lavere enn strømnettets effekt. Noen transformatorer har en intensitetskontroll som lar deg endre lysstyrken uten å måtte berøre blenderåpningen, og dermed oppnå mer behagelig belysning for lange observasjonsøkter.

Med alt det ovennevnte beskrevet, kan vi være sikre på elementene som utgjør et mikroskop, som er et essensielt instrument for studiet av mikroorganismer som påvirker menneskehetens utvikling, i biomedisinsk forskning, i analysen av materialer og i undersøkelsen av sykdommer så vel som mulige kurer. Takket være kombinasjonen av en stabil mekanisk struktur med et presist optisk system og kontrollert belysning, har dette instrumentet utvidet grensene for hva det menneskelige øyet kan se og har for alltid endret måten vi forstår den mikroskopiske verden på.