Интересные открытия в биологии с помощью микроскопа. Доклад по биологии "микроскоп"
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Реферат на тему:
Современные методы микроскопических исследований
Выполнила ученица
2го курса 12 группы
Щукина Серафима Сергеевна
Введение
1. Виды микроскопии
1.1 Световая микроскопия
1.2 Фазово-контрастная микроскопия
1.3 Интерференционная микроскопия
1.4 Поляризационная микроскопия
1.5 Люминесцентная микроскопия
1.6 Ультрафиолетовая микроскопия
1.7 Инфракрасная микроскопия
1.8 Стереоскопическая микроскопия
1.9 Электронная микроскопия
2. Некоторые виды современных микроскопов
2.1 Историческая справка
2.2 Основные узлы микроскопа
2.3 Типы микроскопа
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Микроскопические методы исследования - способы изучения различных объектов с помощью микроскопа. В биологии и медицине эти методы позволяют изучать строение микроскопических объектов, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности глаза человека. Основу микроскопических методов исследования (М.м.и.) составляет световая и электронная микроскопия. В практической и научной деятельности врачи различных специальностей - вирусологи, микробиологи, цитологи, морфологи, гематологи и др. помимо обычной световой микроскопии используют фазово-контрастную, интерференционную, люминесцентную, поляризационную, стереоскопическую, ультрафиолетовую, инфракрасную микроскопию. В основе этих методов лежат различные свойства света. При электронной микроскопии изображение объектов исследования возникает за счет направленного потока электронов.
микроскопия поляризационный ультрафиолетовый
1. Виды микроскопии
1.1 Световая микроскопия
Для световой микроскопии и основанных на ней других М.м.и. определяющее значение помимо разрешающей способности микроскопа имеет характер и направленность светового луча, а также особенности изучаемого объекта, который может быть прозрачным и непрозрачным. В зависимости от свойств объекта изменяются физические свойства света - его цвет и яркость, связанные с длиной и амплитудой волны, фаза, плоскость и направление распространения волны. На использовании этих свойств света и строятся различные М. м. и. Для световой микроскопии биологические объекты обычно окрашивают с целью выявления тех или иных их свойств (рис. 1 ). При этом ткани должны быть фиксированы, т. к. окраска выявляет определенные структуры только убитых клеток. В живой клетке краситель обособляется в цитоплазме в виде вакуоли и не прокрашивает ее структуры. Однако в световом микроскопе можно изучать и живые биологические объекты с помощью метода витальной микроскопии. В этом случае применяют темнопольный конденсор, который встраивают в микроскоп.
Рис. 1. Микропрепарат миокарда при внезапной смерти от острой коронарной недостаточности: окраска по Ли позволяет выявить контрактурные пересокращения миофибрилл (участки красного цвета); Ч250.
1.2 Фазово-контрастная микроскопия
Для исследования живых и неокрашенных биологических объектов используют также фазово-контрастную микроскопию. Она основана на дифракции луча света в зависимости от особенностей объекта излучения. При этом изменяется длина и фаза световой волны. Объектив специального фазово-контрастного микроскопа содержит полупрозрачную фазовую пластинку. Живые микроскопические объекты или фиксированные, но не окрашенные, микроорганизмы и клетки из-за их прозрачности практически не изменяют амплитуду и цвет проходящего через них светового луча, вызывая лишь сдвиг фазы его волны. Однако, пройдя через изучаемый объект, лучи света отклоняются от полупрозрачной фазовой пластинки. В результате между лучами, прошедшими через объект, и лучами светового фона возникает разность длины волны. Если эта разность составляет не менее 1/4 длины волны, то появляется зрительный эффект, при котором темный объект отчетливо виден на светлом фоне или наоборот в зависимости от особенностей фазовой пластинки.
1.3 Интерференционная микроскопия
Интерференционная микроскопия решает те же задачи, что и фазово-контрастная. Но если последняя позволяет наблюдать лишь контуры объектов исследования, то с помощью интерференционной микроскопии можно изучать детали прозрачного объекта и проводить их количественный анализ. Это достигается благодаря раздвоению луча света в микроскопе: один из лучей проходит через частицу наблюдаемого объекта, а другой мимо нее. В окуляре микроскопа оба луча соединяются и интерферируют между собой. Возникающую разность фаз можно измерить, определив т. о. массу различных клеточных структур. Последовательное измерение разности фаз света с известными показателями преломления дает возможность определять толщину живых объектов и нефиксированных тканей, концентрацию в них воды и сухого вещества, содержание белков и т. д. На основании данных интерференционной микроскопии можно косвенно судить о проницаемости мембран, активности ферментов, клеточном метаболизме объектов исследования.
1.4 Поляризационная микроскопия
Поляризационная микроскопия позволяет изучать объекты исследования в свете, образованном двумя лучами, поляризованными во взаимноперпендикулярных плоскостях, т. е. в поляризованном свете. Для этого используют пленчатые поляроиды или призмы Николя, которые помещают в микроскопе между источником света и препаратом. Поляризация меняется при прохождении (или отражении) лучей света через различные структурные компоненты клеток и тканей, свойства которых неоднородны. В так называемых изотропных структурах скорость распространения поляризованного света не зависит от плоскости поляризации, в анизотропных структурах скорость его распространения меняется в зависимости от направления света по продольной или ванном свете в норме.
Рис. 2а). Микропрепарат миокарда в поляризо поперечной оси объекта.
Если показатель преломления света вдоль структуры больше, чем в поперечном направлении, возникает положительное двойное лучепреломление, при обратных взаимоотношениях - отрицательное двойное лучепреломление. Многие биологические объекты имеют строгую молекулярную ориентацию, являются анизотропными и обладают положительным двойным преломлением света. Такими свойствами обладают миофибриллы, реснички мерцательного эпителия, нейрофибриллы, коллагеновые волокна и др. Сопоставление характера преломления лучей поляризованного света и величины анизотропии объекта позволяет судить о молекулярной организации его структуры (рис.2 ).Поляризационная микроскопия является одним из гистологических методов исследования, способом микробиологической диагностики, находит применение в цитологических исследованиях и др. При этом в поляризованном свете можно исследовать как окрашенные, так и неокрашенные и нефиксированные, так называемые нативные препараты срезов тканей.
Рис. 2б). Микропрепарат миокарда в поляризованном свете при внезапной смерти от острой коронарной недостаточности -- выявляются участки, в которых отсутствует характерная поперечная исчерченность кардиомиоцитов; Ч400.
1.5 Люминесцентная микроскопия
Широкое распространение имеет люминесцентная микроскопия. Она основана на свойстве некоторых веществ давать свечение - люминесценцию в УФ-лучах или в сине-фиолетовой части спектра. Многие биологические вещества, такие как простые белки, коферменты, некоторые витамины и лекарственные средства, обладают собственной (первичной) люминесценцией. Другие вещества начинают светиться только при добавлении к ним специальных красителей -- флюорохромов (вторичная люминесценция). Флюорохромы могут распределяться в клетке диффузно либо избирательно окрашивают отдельные клеточные структуры или определенные химические соединения биологического объекта. На этом основано использование люминесцентной микроскопии при цитологических и гистохимических исследованиях. С помощью иммуно-флюоресценции в люминесцентном микроскопе выявляют вирусные антигены и их концентрацию в клетках, идентифицируют вирусы, определяют антигены и антитела, гормоны, различные продукты метаболизма и т. д. (рис. 3 ). В связи с этим люминесцентную микроскопию применяют в лабораторной диагностике таких инфекций, как герпес, эпидемический паротит, вирусный гепатит, грипп и др., используют в экспресс диагностике респираторных вирусных инфекций, исследуя отпечатки со слизистой оболочки носа больных, и при дифференциальной диагностике различных инфекций. В патоморфологии с помощью люминесцентной микроскопии распознают злокачественные опухоли в гистологических и цитологических препаратах, определяют участки ишемии мышцы сердца при ранних сроках инфаркта миокарда, выявляют амилоид в биоптатах тканей.
Рис. 3. Микропрепарат перитонеального макрофага в клеточной культуре, люминесцентная микроскопия.
1.6 Ультрафиолетовая микроскопия
Ультрафиолетовая микроскопия основана на способности некоторых веществ, входящих в состав живых клеток, микроорганизмов или фиксированных, но не окрашенных, прозрачных в видимом свете тканей, поглощать УФ-излучение с определенной длиной волн (400- 250 нм). Этим свойством обладают высокомолекулярные соединения, такие как нуклеиновые кислоты, белки, ароматические кислоты (тирозин, триптофан, метилаланин), пуриновые и пирамидиновые основания и др. С помощью ультрафиолетовой микроскопии уточняют локализацию и количество указанных веществ, а в случае исследования живых объектов - их изменения в процессе жизнедеятельности.
1.7 Инфракрасная микроскопия
Инфракрасная микроскопия позволяет исследовать непрозрачные для видимого света и УФ-излучения объекты путем поглощения их структурами света с длиной волны 750--1200 нм. Для инфракрасной микроскопии не требуется предварительной хим. обработки препаратов. Этот вид М. м. и. наиболее часто используют в зоологии, антропологии, других отраслях биологии. В медицине инфракрасную микроскопию применяют в основном в нейроморфологии и офтальмологии.
1.8 Стереоскопическая микроскопия
Для исследования объемных объектов используют стереоскопическую микроскопию. Конструкция стереоскопических микроскопов позволяет видеть объект исследования правым и левым глазом под разными углами. Исследуют непрозрачные объекты при относительно небольшом увеличении (до 120 раз). Стереоскопическая микроскопия находит применение в микрохирургии, в патоморфологии при специальном изучении биопсийного, операционного и секционного материала, в судебно-медицинских лабораторных исследованиях.
1.9 Электронная микроскопия
Для изучения на субклеточном и макромолекулярном уровнях структуры клеток, тканей микроорганизмов и вирусов используют электронную микроскопию. Этот М. м. и. позволил перейти на качественно новый уровень изучения материи. Он нашел широкое применение в морфологии, микробиологии, вирусологии, биохимии, онкологии, генетике, иммунологии. Резкое повышение разрешающей способности электронного микроскопа обеспечивается потоком электронов, проходящих в вакууме через электромагнитные поля, создаваемые электромагнитными линзами. Электроны могут проходить через структуры исследуемого объекта (трансмиссионная электронная микроскопия) или отражаться от них (сканирующая электронная микроскопия), отклоняясь под разными углами, в результате чего возникает изображение на люминесцентном экране микроскопа. При трансмиссионной (просвечивающей) электронной микроскопии получают плоскостное изображение структур (рис. 4 ), при сканирующей - объемное (рис. 5 ). Сочетание электронной микроскопии с другими методами, например, с радиоавтографией, гистохимическими, иммунологическими методами исследования, позволяет проводить электронно-радиоавтографические, электронно-гистохимические, электронно-иммунологические исследования.
Рис. 4. Электронограмма кардиомиоцита, полученная при трансмиссионной (просвечивающей) электронной микроскопии: отчетливо видны субклеточные структуры; Ч22000.
Электронная микроскопия требует специальной подготовки объектов исследования, в частности химической или физической фиксации тканей и микроорганизмов. Биопсийный материал и секционный материал после фиксации обезвоживают, заливают в эпоксидные смолы, режут стеклянными или алмазными ножами на специальных ультратомах, позволяющих получать ультратонкие срезы тканей толщиной 30--50 нм. Их контрастируют и затем изучают в электронном микроскопе. В сканирующем (растровом) электронном микроскопе изучают поверхность различных объектов, напыляя на них в вакуумной камере электронно-плотные вещества, и исследуют так наз. реплики, повторяющие контуры образца.
Рис. 5. Электронограмма лейкоцита и фагоцитируемой им бактерии, полученная при сканирующей электронной микроскопии; Ч20000.
2. Некоторые виды современных микроскопов
Фазово-контрастный микроскоп (аноптральный микроскоп) служит для исследования прозрачных объектов, которые не видны на светлом поле и не подлежат окрашиванию из-за возникновения аномалий в исследуемых образцах.
Интерференционный микроскоп дает возможность исследовать объекты с низкими показателями преломления света и чрезвычайно малой толщины.
Ультрафиолетовый и инфракрасный микроскопы предназначены для исследования объектов в ультрафиолетовом или инфракрасном участке светового спектра. Они снабжены флюоресцентными экраном, на котором формируется изображение исследуемого препарата, фотокамерой с чувствительным к этим излучениям фотоматериалом или электронно-оптическим преобразователем для формирования изображения на экране осциллоскопа. Длина волны ультрафиолетовой части спектра составляет 400--250 нм, поэтому в ультрафиолетовом микроскопе можно получить более высокое разрешение, чем в световом, где освещение осуществляется видимым световым излучением с длиной волны 700--400 нм. Преимуществом этого М. является также то, что невидимые в обычном световом микроскопе объекты становятся видимыми, поскольку поглощают УФ-излучение. В инфракрасном микроскопе наблюдение объектов ведется на экране электронно-оптического преобразователя или фотографируется. С помощью инфракрасной микроскопии изучают внутреннюю структуру непрозрачных объектов.
Поляризационный микроскоп позволяет выявлять неоднородности (анизотропию) структуры при изучении строения тканей и образований в организме в поляризованном свете. Освещение препарата в поляризационном микроскопе осуществляется через поляризатор-пластинку, которая обеспечивает прохождение света в определенной плоскости распространения волн. Когда поляризованный свет, взаимодействуя со структурами, изменяется, то структуры резко контрастируют, что широко используют в медико-биологических исследованиях при изучении препаратов крови, гистологических препаратов, шлифов зубов, костей и т. д.
Люминесцентный микроскоп (МЛ-2, МЛ-3) предназначен для исследования люминесцирующих объектов, что достигается при освещении последних с помощью УФ-излучения. Наблюдая или фотографируя препараты в свете их видимой возбужденной флюоресценции (т. е. в отраженном свете), можно судить о структуре исследуемого образца, что используется в гистохимии, гистологии, микробиологии и при иммунологических исследованиях. Прямое окрашивание люминесцентными красителями позволяет более четко выявлять такие структуры клеток, которые трудно рассмотреть в световом микроскопе.
Рентгеновский микроскоп используется для исследования объектов в рентгеновском излучении, поэтому такие микроскопов снабжены микрофокусным рентгеновским источником излучения, преобразователем рентгеновского изображения в видимое -- электронно-оптическим преобразователем, формирующим видимое изображение на осциллографической трубке или на фотопленке. Рентгеновские микроскопы имеют линейное разрешение до 0,1 мкм, что позволяет исследовать тонкие структуры живого вещества.
Электронный микроскоп предназначен для исследования сверхтонких структур, неразличимых в световых микроскопах. В отличие от светового, в электронном микроскопе разрешение определяется не только явлениями дифракции, но и различными аберрациями электронных линз, которые практически невозможно корригировать. Наводка микроскопа, в основном, производится диафрагмированием за счет применения малых апертур электронных пучков.
2.1 Историческая справка
Свойство системы из двух линз давать увеличенные изображения предметов было известно уже в 16 в. в Нидерландах и Северной Италии мастерам, изготовлявшим очковые стекла. Имеются сведения, что около 1590 прибор типа М. был построен З. Янсеном (Нидерланды). Быстрое распространение М. и их совершенствование, главным образом ремесленниками-оптиками, начинается с 1609--10, когда Г. Галилей, изучая сконструированную им зрительную трубу (см. Зрительная труба), использовал её и в качестве М., изменяя расстояние между объективом и окуляром. Первые блестящие успехи применения М. в научных исследованиях связаны с именами Р. Гука (около 1665; в частности, он установил, что животные и растительные ткани имеют клеточное строение) и особенно А. Левенгука, открывшего с помощью М. микроорганизмы (1673--77). В начале 18 в. М. появились в России: здесь Л. Эйлер (1762; «Диоптрика», 1770--71) разработал методы расчёта оптических узлов М. В 1827 Дж. Б. Амичи впервые применил в М. иммерсионный объектив. В 1850 английский оптик Г. Сорби создал первый М. для наблюдения объектов в поляризованном свете.
Широкому развитию методов микроскопических исследований и совершенствованию различных типов М. во 2-й половине 19 и в 20 вв. в значительной степени способствовала научная деятельность Э. Аббе, который разработал (1872--73) ставшую классической теорию образования изображений несамосветящихся объектов в М. Английский учёный Дж. Сиркс в 1893 положил начало интерференционной микроскопии. В 1903 австр. исследователи Р. Зигмонди и Г. Зидентопф создали т. н. ультрамикроскоп. В 1935 Ф. Цернике предложил метод фазового контраста для наблюдения в М. прозрачных слабо рассеивающих свет объектов. Большой вклад в теорию и практику микроскопии внесли сов. учёные -- Л. И. Мандельштам, Д. С. Рождественский, А. А. Лебедев, В. П. Линник.
2.2 Основные узлы микроскопа
В большинстве типов М. (за исключением инвертированных, см. ниже) над предметным столиком, на котором закрепляют препарат, располагается устройство для крепления объективов, а под столиком устанавливается конденсор. Любой М. имеет тубус (трубку), в котором устанавливаются окуляры; обязательной принадлежностью М. являются также механизмы для грубой и точной фокусировки (осуществляемой путём изменения относительного положения препарата, объектива и окуляра). Все эти узлы крепятся на штативе или корпусе М.
Тип применяемого конденсора зависит от выбора метода наблюдения. Светлопольные конденсоры и конденсоры для наблюдения по методу фазового или интерференционного контраста представляют собой сильно отличающиеся одна от другой двух- или трёхлинзовые системы. У светлопольных конденсоров числовая апертура может достигать 1,4; в их состав входит апертурная Ирисовая диафрагма, которая иногда может смещаться в сторону для получения косого освещения препарата. Фазово-контрастные конденсоры снабжены кольцевыми диафрагмами. Сложными системами из линз и зеркал являются темнопольные конденсоры. Отдельную группу составляют эпиконденсоры -- необходимые при наблюдении по методу тёмного поля в отражённом свете системы кольцеобразных линз и зеркал, устанавливаемых вокруг объектива. В УФ микроскопии применяются специальные зеркально-линзовые и линзовые конденсоры, прозрачные для ультрафиолетовых лучей.
Объективы в большинстве современных М. сменные и выбираются в зависимости от конкретных условий наблюдения. Часто несколько объективов закрепляются в одной вращающейся (т. н. револьверной) головке; смена объектива в этом случае осуществляется простым поворотом головки. По степени исправления хроматической аберрации (см. Хроматическая аберрация) различают микрообъективы Ахроматы и апохроматы (см. Ахромат). Первые наиболее просты по устройству; хроматическая аберрация в них исправлена только для двух длин волн, и изображение при освещении объекта белым светом остаётся слегка окрашенным. В апохроматах эта аберрация исправлена для трёх длин волн, и они дают бесцветные изображения. Плоскость изображения у ахроматов и апохроматов несколько искривлена (см. Кривизна поля). Аккомодация глаза и возможность просмотра всего поля зрения с помощью перефокусировки М. отчасти компенсируют этот недостаток при визуальном наблюдении, однако он сильно сказывается при микрофотографировании -- крайние участки изображения получаются нерезкими. Поэтому широко используют микрообъективы с дополнительным исправлением кривизны поля -- планахроматы и планапохроматы. В сочетании с обычными объективами применяют специальные проекционные системы -- гомали, вставляемые вместо окуляров и исправляющие кривизну поверхности изображения (для визуального наблюдения они непригодны).
Кроме того, микрообъективы различаются: а) по спектральным характеристикам -- на объективы для видимой области спектра и для УФ и ИК микроскопии (линзовые или зеркально-линзовые); б) по длине тубуса, на которую они рассчитаны (в зависимости от конструкции М.), -- на объективы для тубуса 160 мм, для тубуса 190 мм и для т. н. «длины тубуса бесконечность» (последние создают изображение «на бесконечности» и применяются совместно с дополнительной -- т. н. тубусной -- линзой, переводящей изображение в фокальную плоскость окуляра); в) по среде между объективом и препаратом -- на сухие и иммерсионные; г) по методу наблюдения -- на обычные, фазово-контрастные, интерференционные и др.; д) по типу препаратов -- для препаратов с покровным стеклом и без него. Отдельный тип представляют собой эпиобъективы (сочетание обычного объектива с эпиконденсором). Многообразие объективов обусловлено разнообразием методов микроскопических наблюдений и конструкций М., а также различиями в требованиях к исправлению аберраций в разных условиях работы. Поэтому каждый объектив можно применять только в тех условиях, для которых он рассчитан. Например, объективом, рассчитанным для тубуса 160 мм, нельзя пользоваться в М. с длиной тубуса 190 мм; с объективом для препаратов с покровным стеклом нельзя наблюдать препараты без покровного стекла. Особенно важно соблюдать расчётные условия при работе с сухими объективами больших апертур (А > 0,6), которые очень чувствительны ко всяким отклонениям от нормы. Толщина покровных стекол при работе с этими объективами должна быть равна 0,17 мм. Иммерсионный объектив можно использовать только с той иммерсией, для которой он рассчитан.
Тип применяемого окуляра при данном методе наблюдения определяется выбором объектива М. С ахроматами малых и средних увеличении используют окуляры Гюйгенса, с апохроматами и ахроматами больших увеличений -- т. н. компенсационные окуляры, рассчитываемые так, чтобы их остаточная хроматическая аберрация была другого знака, чем у объективов, что улучшает качество изображения. Кроме того, существуют специальные фотоокуляры и проекционные окуляры, которые проектируют изображение на экран или фотопластинку (сюда же можно отнести упомянутые выше гомали). Отдельную группу составляют кварцевые окуляры, прозрачные для УФ лучей.
Разнообразные принадлежности к М. позволяют улучшить условия наблюдения и расширить возможности исследований. Осветители различных типов предназначены для создания наилучших условий освещения; окулярные микрометры (см. Окулярный микрометр) служат для измерения размеров объектов; бинокулярные тубусы дают возможность наблюдать препарат одновременно двумя глазами; микрофотонасадки и микрофотоустановки применяются при микрофотографии; рисовальные аппараты дают возможность зарисовывать изображения. Для количественных исследований применяются специальные устройства (например, микроспектрофотометрические насадки).
2.3 Типы микроскопов
Конструкция М., его оснащение и характеристики основных узлов определяются либо областью применения, кругом проблем и характером объектов, для исследования которых он предназначен, либо методом (методами) наблюдения, на которые он рассчитан, либо же и тем и другим вместе. Всё это привело к созданию различных типов специализированных М., позволяющих с высокой точностью изучать строго определённые классы объектов (или даже только некоторые определённые их свойства). С другой стороны, существуют т. н. универсальные М., с помощью которых можно различными методами наблюдать различные объекты.
Биологические М. относятся к числу наиболее распространённых. Они применяются для ботанических, гистологических, цитологических, микробиологических, медицинских исследований, а также в областях, не связанных непосредственное биологией, -- для наблюдения прозрачных объектов в химии, физике и т. д. Существует много моделей биологических М., отличающихся конструктивным оформлением и дополнительными принадлежностями, которые существенно расширяют круг изучаемых объектов. К этим принадлежностям относятся: сменные осветители проходящего и отражённого света; сменные конденсоры для работы по методам светлого и тёмного полей; фазово-контрастные устройства; окулярные микрометры; микрофотонасадки; наборы светофильтров и поляризационных устройств, позволяющие в обычном (неспециализированном) М. применять технику люминесцентной и поляризационной микроскопии. Во вспомогательном оборудовании для биологическиого М. особенно важную роль играют средства микроскопической техники (см. Микроскопическая техника), предназначенные для подготовки препаратов и проведения с ними различных операций, в том числе и непосредственно в процессе наблюдения (см. Микроманипулятор, Микротом).
Биологические исследовательские М. оснащаются набором сменных объективов для различных условий и методов наблюдения и типов препаратов, в том числе эпиобъективами для отражённого света и зачастую фазово-контрастными объективами. Набору объективов соответствует комплект окуляров для визуального наблюдения и микрофотографирования. Обычно такие М. имеют бинокулярные тубусы для наблюдения двумя глазами.
Кроме М. общего назначения, в биологии широко используются и различные М., специализированные по методу наблюдения (см. ниже).
Инвертированные М. отличаются тем, что объектив в них располагается под наблюдаемым предметом, а конденсор -- сверху. Направление хода лучей, прошедших сверху вниз через объектив, изменяется системой зеркал, и в глаз наблюдателя они попадают, как обычно, снизу вверх (рис. 8 ). М. этого типа предназначены для исследования громоздких объектов, которые трудно или невозможно расположить на предметных столиках обычных М. В биологии с помощью таких М. изучают находящиеся в питательной среде Культуры тканей, которые помещают в термостатирующую камеру для поддержания заданной температуры. Инвертированные М. применяют также для исследования химических реакций, определения точек плавления материалов и в других случаях, когда для осуществления наблюдаемых процессов требуется громоздкое вспомогательное оборудование. Для микрофотографирования и микрокиносъёмки инвертированные М. снабжают специальными устройствами и камерами.
Особенно удобна схема инвертированного М. для наблюдения в отражённом свете структур различных поверхностей. Поэтому она применяется в большинстве металлографических М. В них образец (шлиф металла, сплава или минерала) устанавливается на столике полированной поверхностью вниз, а остальная его часть может иметь произвольную форму и не требует какой-либо обработки. Существуют также металлографические М., в которых объект располагают снизу, закрепляя его на специальной пластине; взаимное положение узлов в таких М. то же, что и в обычных (неинвертированных) М. Изучаемая поверхность часто предварительно протравливается, благодаря чему зёрна её структуры становятся резко отличимыми друг от друга. В М. этого типа можно использовать метод светлого поля при прямом и косом освещении, метод тёмного поля и наблюдение в поляризованном свете. При работе в светлом поле объектив одновременно служит и конденсором. Для темнопольного освещения применяются зеркальные параболические эпиконденсоры. Введение специального вспомогательного устройства позволяет осуществить фазовый контраст в металлографических М. с обычным объективом (рис. 9 ).
Люминесцентные М. оснащаются набором сменных светофильтров, подбирая которые можно выделить в излучении осветителя часть спектра, возбуждающую люминесценцию конкретного исследуемого объекта. Подбирается также светофильтр, пропускающий от объекта только свет люминесценции. Свечение многих объектов возбуждается УФ лучами или коротковолновой частью видимого спектра; поэтому источниками света в люминесцентных М. служат дающие именно такое (и очень яркое) излучение ртутные лампы сверхвысокого давления (см. Газоразрядные источники света). Помимо специальных моделей люминесцентных М., имеются люминесцентные устройства, используемые совместно с обычными М.; они содержат осветитель с ртутной лампой, набор светофильтров и т. н. опак-иллюминатор для освещения препаратов сверху.
Ультрафиолетовые и инфракрасные М. служат для исследований в невидимых для глаза областях спектра. Их принципиальные оптические схемы аналогичны схеме обычных М. Из-за большой сложности исправления аберраций в УФ и ИК областях конденсор и объектив в таких М. часто представляют собой Зеркально-линзовые системы, в которых существенно уменьшается или полностью отсутствует хроматическая аберрация. Линзы изготовляются из материалов, прозрачных для УФ (кварц, флюорит) или ИК (кремний, германий, флюорит, фтористый литий) излучения. Ультрафиолетовые и инфракрасные М. снабжены фотокамерами, в которых фиксируется невидимое изображение; визуальное наблюдение через окуляр в обычном (видимом) свете служит, когда это возможно, лишь для предварительной фокусировки и ориентировки объекта в поле зрения М. Как правило, в этих М. имеются электроннооптические преобразователи, превращающие невидимое изображение в видимое.
Поляризационные М. предназначены для изучения (с помощью оптических компенсаторов) изменений в поляризации света, прошедшего через объект или отражённого от него, что открывает возможности количественного или полуколичественного определения различных характеристик оптически активных объектов. Узлы таких М. обычно выполняются так, чтобы облегчить точные измерения: окуляры снабжаются перекрестием, микрометрической шкалой или сеткой; вращающийся предметный столик -- угломерным лимбом для измерения угла поворота; часто на предметном столике крепится Федорова столик (см. Фёдорова столик), дающий возможность произвольно поворачивать и наклонять препарат для нахождения кристаллографических и кристаллооптических осей. Объективы поляризационных М. специально подбираются так, чтобы в их линзах отсутствовали внутренние напряжения, приводящие к деполяризации света. В М. этого типа обычно имеется включаемая и выключаемая вспомогательная линза (т. н. линза Бертрана), используемая при наблюдениях в проходящем свете; она позволяет рассматривать интерференционные фигуры (см. Кристаллооптика), образуемые светом в задней фокальной плоскости объектива после прохождения через исследуемый кристалл.
С помощью интерференционных М. наблюдают прозрачные объекты по методу интерференционного контраста; многие из них конструктивно аналогичны обычным М., отличаясь лишь наличием специального конденсора, объектива и измерительного узла. Если наблюдение производится в поляризованном свете, то такие М. снабжаются поляризатором и анализатором. По области применения (главным образом биологические исследования) эти М. можно отнести к специализированным биологическим М. К интерференционным М. часто относят также Микроинтерферометры -- М. особого типа, применяемые для изучения микрорельефа поверхностей обработанных металлических деталей.
Стереомикроскопы. Бинокулярные тубусы, используемые в обычных М., при всём удобстве наблюдения двумя глазами не дают стереоскопического эффекта: в оба глаза попадают в этом случае под одинаковыми углами одни и те же лучи, лишь разделяемые на два пучка призменной системой. Стереомикроскопы, обеспечивающие подлинно объёмное восприятие микрообъекта, представляют собой фактически два М., выполненных в виде единой конструкции так, что правый и левый глаза наблюдают объект под разными углами (рис. 10 ). Наиболее широкое применение такие М. находят там, где требуется производить какие-либо операции с объектом в ходе наблюдения (биологического исследования, хирургической операции на сосудах, мозге, в глазу -- Микрургия, сборка миниатюрных устройств, например Транзисторов), -- стереоскопическое восприятие облегчает эти операции. Удобству ориентировки в поле зрения М. служит и включение в его оптическую схему призм, играющих роль оборачивающих систем (см. Оборачивающая система); изображение в таких М. прямое, а не перевёрнутое. Так как угол между оптическими осями объективов в стереомикроскопах обычно? 12°, их числовая апертура, как правило, не превышает 0,12. Поэтому и полезное увеличение таких М. бывает не более 120.
М. сравнения состоят из двух конструктивно объединённых обычных М. с единой окулярной системой. Наблюдатель видит в двух половинах поля зрения такого М. изображения сразу двух объектов, что позволяет непосредственно сравнить их по цвету, структуре и распределению элементов и другим характеристикам. М. сравнения широко применяются при оценке качества обработки поверхностей, определении сортности (сравнение с эталонным образцом) и т. д. Специальные М. такого типа используют в криминологии, в частности для идентификации оружия, из которого выпущена исследуемая пуля.
В телевизионных М., работающих по схеме микропроекции, изображение препарата преобразуется в последовательность электрических сигналов, которые затем воспроизводят это изображение в увеличенном масштабе на экране электроннолучевой трубки (см. Электроннолучевая трубка) (кинескопа). В таких М. можно чисто электронным путём, изменяя параметры электрической цепи, по которой проходят сигналы, менять контраст изображения и регулировать его яркость. Электрическре усиление сигналов позволяет проектировать изображения на большой экран, в то время как обычная микропроекция требует для этого чрезвычайно сильного освещения, часто вредного для микроскопических объектов. Большое достоинство телевизионных М. заключается в том, что с их помощью можно дистанционно изучать объекты, близость к которым опасна для наблюдателя (например, радиоактивные).
При многих исследованиях необходимо вести счёт микроскопических частиц (например, бактерий в колониях, аэрозолей, частиц в коллоидных растворах, клеток крови и т. д.), определять площади, занимаемые зёрнами одного и того же рода в шлифах сплава, и производить др. аналогичные измерения. Преобразование изображения в телевизионных М. в серию электрических сигналов (импульсов) дало возможность построить автоматические счётчики микрочастиц, регистрирующие их по числу импульсов.
Назначение измерительных М. состоит в точном измерении линейных и угловых размеров объектов (зачастую совсем не малых). По способу измерения их можно разделить на два типа. Измерительные М. 1-го типа применяются только в тех случаях, когда измеряемое расстояние не превышает линейных размеров поля зрения М. В таких М. непосредственно (с помощью шкалы или винтового окулярного микрометра (см.Окулярный микрометр)) измеряется не сам объект, а его изображение в фокальной плоскости окуляра, и лишь затем, по известному значению увеличения объектива, вычисляется измеренное расстояние на объекте. Часто в этих М. изображения объектов сравниваются с образцовыми профилями, нанесёнными на пластинки сменных окулярных головок. В измерительныхМ. 2-го типа предметный столик с объектом и корпус М. можно с помощью точных механизмов перемещать друг относительно друга (чаще -- столик относительно корпуса); измеряя это перемещение микрометрическим винтом или шкалой, жестко скрепленной с предметным столиком, определяют расстояние между наблюдаемыми элементами объекта. Существуют измерительные М., у которых измерение производится лишь в одном направлении (однокоординатные М.). Гораздо более распространены М. с перемещениями предметного столика в двух перпендикулярных направлениях (пределы перемещений до 200Ч500 мм); для специальных целей применяются М., в которых измерения (а следовательно, и относительные перемещения столика и корпуса М.) возможны в трёх направлениях, соответствующих трём осям прямоугольных координат. На некоторых М. можно проводить измерения в полярных координатах; для этого предметный столик делают вращающимся и снабжают шкалой и Нониусом для отсчёта углов поворота. В наиболее точных измерительных М. 2-го типа употребляются стеклянные шкалы, а отсчёты на них осуществляются с помощью вспомогательного (т. н. отсчётного) микроскопа (см. ниже). Точность измерений в М. 2-го типа значительно выше по сравнению с М. 1-го типа. В лучших моделях точность линейных измерений обычно порядка 0,001 мм, точность измерения углов -- порядка 1". Измерительные М. 2-го типа широко применяются в промышленности (особенно в машиностроении) для измерения и контроля размеров деталей машин, инструментов и пр.
В устройствах для особо точных измерений (например, геодезических, астрономических и т. д.) отсчёты на линейных шкалах и разделённых кругах угломерных инструментов производят с помощью специальныхотсчётных М. -- шкаловых М. и М.-микрометров. В первых имеется вспомогательная стеклянная шкала. Её изображение регулировкой увеличения объектива М. делают равным наблюдаемому интервалу между делениями основной шкалы (или круга), после чего, отсчитывая положение наблюдаемого деления между штрихами вспомогательной шкалы, можно непосредственно определить его с точностью около 0,01 интервала между делениями. Ещё выше точность отсчётов (порядка 0,0001 мм) в М.-микрометрах, в окулярной части которых помещен нитяной или спиральный микрометр. Увеличение объектива регулируют так, чтобы перемещению нити между изображениями штрихов измеряемой шкалы соответствовало целое число оборотов (или полуоборотов) винта микрометра.
Помимо описанных выше, имеется значительное число ещё более узко специализированных типов М., например М. для подсчёта и анализа следов элементарных частиц и осколков деления ядер в ядерных фотографических эмульсиях (см. Ядерная фотографическая эмульсия), высокотемпературные М. для изучения объектов, нагретых до температуры порядка 2000 °С, контактные М. для исследования поверхностей живых органов животных и человека (объектив в них прижимается вплотную к изучаемой поверхности, а фокусировка М. производится специальной встроенной системой).
Заключение
Чего же можно ждать от микроскопии завтрашнего дня? На решение каких задач можно рассчитывать? Прежде всего - распространение на все новые и новые объекты. Достижение атомарного разрешения, безусловно, является крупнейшим завоеванием научной и технической мысли. Однако не будем забывать, что это достижение распространяется лишь на ограниченный круг объектов, помещенных к тому же в весьма специфические, необычные и сильно воздействующие условия. Поэтому необходимо стремиться распространить атомарное разрешение на широкий круг объектов.
Со временем можно ожидать привлечения «на работу» в микроскопах другие заряженные частицы. Ясно, однако, что этому должны предшествовать поиски и разработка мощных источников таких частиц; кроме того, создание микроскопов нового типа будет определяться появлением конкретных научных задач, в решение которых именно эти новые частицы внесут решающий вклад.
Будут совершенствоваться микроскопические исследования процессов в динамике, т.е. происходящих непосредственно в микроскопе или в сочлененных с ним установках. К таким процессам относятся испытания образцов в микроскопе (нагрев, растяжение и т.д.) непосредственно во время анализа их микроструктуры. Здесь успех будет обусловлен, в первую очередь, развитием техники высокоскоростной фотографии и повышением временного разрешения детекторов (экранов) микроскопов, а также использованием мощных современных компьютеров.
Список использованной литературы
1. Малая медицинская энциклопедия. -- М.: Медицинская энциклопедия. 1991--96 гг.
2. Первая медицинская помощь. -- М.: Большая Российская Энциклопедия. 1994 г.
3. Энциклопедический словарь медицинских терминов. -- М.: Советская энциклопедия. -- 1982--1984 гг.
4. http://dic.academic.ru/
5. http://ru.wikipedia.org/
6. www.golkom.ru
7. www.avicenna.ru
8. www.bionet.nsc.ru
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Характеристика лабораторной диагностики вирусных инфекций при помощи электронной микроскопии. Подготовка срезов пораженной ткани к исследованию. Описание метода иммуноэлектронной микроскопии. Иммунологические методы исследования, описание хода анализа.
курсовая работа , добавлен 30.08.2009
Эналаприл: основные свойства и механизм получения. Инфракрасная спектроскопия как метод идентификации эналаприла. Методы испытания на чистоту данного лекарственного вещества. Фармакодинамика, фаармакокинетика, применение, и побочные эффекты эналаприла.
реферат , добавлен 13.11.2012
Методы исследования головного мозга: электроэнцефалографические, неврологические, рентгенологические и ультразвуковые. Современные методы визуализации: компьютерная томография, магниро-резонансная томография, вентрикулоскопия, стереоскопическая биопсия.
презентация , добавлен 05.04.2015
Понятие антропометрии, её признаки, методики и развитие как науки, принципы антропометрических исследований. Телосложение человека и его виды. Основные типы пропорций тела. Генетические условия соматической конституции. Типология человека по Э. Кречмеру.
презентация , добавлен 30.05.2012
Требования к шовному материалу. Классификация шовного материала. Типы хирургических игл. Узлы в хирургии. Внутрикожные швы Холстеда и Холстеда-Золтона. Шов Апоневроза. Однорядные, двухрядные и трехрядные швы. Основные разновидности сосудистых швов.
презентация , добавлен 20.12.2014
Характеристика вида Origanum vulgare L. Степень химической изученности душицы обыкновенной и ее биологически активные соединения. Требования нормативной документации на сырье. Методы микроскопических исследований. Качественные реакции на кумарины.
курсовая работа , добавлен 11.05.2014
Сущность и отличительные особенности статистического исследования, требования к нему, используемые методы и приемы. Интерпретация и оценка полученных результатов. Типы наблюдений и принципы их реализации. Классификация опросов и анализ их эффективности.
презентация , добавлен 18.12.2014
Понятие инфектологии и инфекционного процесса. Основные признаки, формы и источники инфекционных болезней. Виды болезнетворных микроорганизмов. Периоды инфекционной болезни у человека. Методы микробиологических исследований. Методы окраски мазков.
презентация , добавлен 25.12.2011
Естественные методы контрацепции. Метод лактационной аменореи как вид контрацепции. Современные спермициды, их преимущества и принцип действия. Барьерные методы: презервативы. Гормональные виды контрацепции. Механизм действия оральных контрацептивов.
презентация , добавлен 17.10.2016
Шок - неспецифический фазово-протекающий клинический синдром, характеризующийся общим тяжелым состоянием организма: патологическая классификация, стадии, виды и характеристика гемодинамики. Стандартный мониторинг при шоке, лечение, показания к операциям.
Сегодня трудно представить себе научную деятельность человека без микроскопа. Микроскоп широко применяется в большинстве лабораторий медицины и биологии, геологии и материаловедения.
Полученные с помощью микроскопа результаты необходимы при постановке точного диагноза, при контроле над ходом лечения. С использованием микроскопа происходит разработка и внедрение новых препаратов, делаются научные открытия.
Микроскоп - (от греческого mikros - малый и skopeo - смотрю), оптический прибор для получения увеличенного изображения мелких объектов и их деталей, не видимых невооруженным глазом.
Глаз человека способен различать детали объекта, отстоящие друг от друга не менее чем на 0,08 мм. С помощью светового микроскопа можно видеть детали, расстояние между которыми составляет до 0,2 мкм. Электронный микроскоп позволяет получить разрешение до 0,1-0,01 нм.
Изобретение микроскопа, столь важного для всей науки прибора обусловлено, прежде всего, влиянием развития оптики. Некоторые оптические свойства изогнутых поверхностей были известны еще Евклиду (300 лет до н.э.) и Птоломею (127-151 гг.), однако их увеличительная способность не нашла практического применения. В связи с этим первые очки были изобретены Сальвинио дели Арлеати в Италии только в 1285 г. В 16 веке Леонардо да Винчи и Мауролико показали, что малые объекты лучше изучать с помощью лупы.
Первый микроскоп был создан лишь в 1595 году Захариусом Йансеном (Z. Jansen). Изобретение заключалось в том, что Захариус Йансен смонтировал две выпуклые линзы внутри одной трубки, тем самым, заложив основы для создания сложных микроскопов. Фокусировка на исследуемом объекте достигалось за счет выдвижного тубуса. Увеличение микроскопа составляло от 3 до 10 крат. И это был настоящий прорыв в области микроскопии! Каждый свой следующий микроскоп он значительно совершенствовал.
В этот период (XVI в.) датские, английские и итальянские исследовательские приборы постепенно начали свое развитие, закладывая фундамент современной микроскопии.
Быстрое распространение и совершенствование микроскопов началось после того, как Галилей (G. Galilei), совершенствуя сконструированную им зрительную трубу, стал использовать ее как своеобразный микроскоп (1609-1610), изменяя расстояние между объективом и окуляром.
Позднее, в 1624 г., добившись изготовления более короткофокусных линз, Галилей значительно уменьшил габариты своего микроскопа.
В 1625 г. членом Римской "Академии зорких" ("Akudemia dei lincei") И. Фабером был предложен термин "микроскоп" . Первые успехи, связанные с применением микроскопа в научных биологических исследованиях, были достигнуты Гуком (R. Hooke), который первым описал растительную клетку (около 1665 г.). В своей книге "Micrographia" Гук описал устройство микроскопа.
В 1681 г. Лондонское королевское общество в своем заседании подробно обсуждало своеобразное положение. Голландец Левенгук
(A. van Leenwenhoek) описывал изумительные чудеса, которые открывал своим микроскопом в капле воды, в настое перца, в иле реки, в дупле собственного зуба. Левенгук с помощью микроскопа обнаружил и зарисовал сперматозоиды различных простейших, детали строения костной ткани (1673-1677).
"С величайшим изумлением я увидел в капле великое множество зверюшек, оживленно двигающихся во всех направлениях, как щука в воде. Самое мелкое из этих крошечных животных в тысячу раз меньше глаза взрослой вши."
Лучшие лупы Левенгука увеличивали в 270 раз. С ними он увидел впервые кровеносные тельца, движение крови в капиллярных сосудах хвоста головастика, полосатость мускулов. Он открыл инфузории. Он впервые погрузился в мир микроскопических одноклеточных водорослей, где лежит граница между животным и растением; где движущееся животное, как зеленое растение, обладает хлорофиллом и питается, поглощая свет; где растение, еще прикрепленное к субстрату, потеряло хлорофилл и заглатывает бактерии. Наконец, он видел даже бактерии и в великом разнообразии. Но, разумеется, тогда не было еще и отдаленной возможности понять ни значение бактерий для человека, ни смысла зеленого вещества - хлорофилла, ни границы между растением н животным.
Открывался новый мир живых существ, более разнообразный и бесконечно более оригинальный, чем видимый нами мир.
В 1668 г. Е. Дивини, присоединив к окуляру полевую линзу, создал окуляр современного типа. В 1673 г. Гавелий ввел микрометрический винт, а Гертель предложил под столик микроскопа поместить зеркало. Таким образом, микроскоп стали монтировать из тех основных деталей, которые входят в состав современного биологического микроскопа.
В середине 17 столетия Ньютон
открыл сложный состав белого света и разложил его призмой. Рёмер доказал, что свет распространяется с конечной скоростью, и измерил ее. Ньютон высказал знаменитую гипотезу - неверную, как вам известно,- о том, что свет есть поток летящих частиц такой необычайной мелкости и частоты, что они проникают через прозрачные тела, как стекло через хрусталик глаза, и, поражая ретину ударами, производят физиологическое ощущение света. Гюйгенс впервые заговорил о волнообразной природе света и доказал, как естественно она объясняет и законы простого отражения и преломления, и законы двойного лучепреломления в исландском шпате. Мысли Гюйгенса и Ньютона встретились в резком контрасте. Таким образом, в XVII в. в остром споре действительно встала проблема о сущности света.
Как разгадка вопроса сущности света, так и усовершенствование микроскопа подвигались вперед медленно. Спор между идеями Ньютона и Гюйгенса продолжался целое столетие. К представлению о волновой природе света примкнул знаменитый Эйлер. Но решен был вопрос лишь через сто с лишним лет Френелем талантливым исследователем, какого знала наука.
Чем отличается поток распространяющихся волн - идея Гюйгенса - от потока несущихся мелких частиц - идея Ньютона? Двумя признаками:
1. Встретившись, волны могут взаимно уничтожиться, если горб одной ляжет на долину другой. Свет + свет, сложившись вместе, могут дать темноту. Это явление интерференции , это кольца Ньютона, непонятые самим Ньютоном; с потоками частиц этого быть не может. Два потока частиц - это всегда двойной поток, двойной свет.
2. Через отверстие поток частиц проходит прямо, не расходясь в стороны, а поток волн непременно расходится, рассеивается. Это дифракция .
Френель доказал теоретически, что расхождение во все стороны ничтожно, если волна мала, но все же и эту ничтожную дифракцию он обнаружил и измерил, а по ее величине определил длину волны света. Из явлений интерференции, которые так хорошо известны оптикам, полирующим до "одного цвета", до "двух полос", он также измерил длину волны - это полмикрона (половина тысячной доли миллиметра). И отсюда стали неоспоримыми волновая теория и исключительная тонкость и острота проникновения в сущность живого вещества. С тех пор все мы в разных модификациях подтверждаем и применяем мысли Френеля. Но и не зная этих мыслей, можно усовершенствовать микроскоп.
Так это и было в XVIII столетии, хотя события развивались очень медленно. Сейчас трудно даже представить себе, что первая труба Галилея, в которую он наблюдал мир Юпитера, и микроскоп Левенгука были простыми неахроматическими линзами.
Огромным препятствием в деле ахроматизации было отсутствие хорошего флинта. Как известно, ахроматизация требует двух стекол: крона и флинта. Последний представляет стекло, в котором одной из основных частей является тяжелая окись свинца, обладающая непропорционально большой дисперсией.
В 1824 г. громадный успех микроскопа дала простая практическая идея Саллига, воспроизведенная французской фирмой Шевалье. Объектив, раньше состоявший из одной линзы, расчленен на части, его начали изготовлять из многих ахроматических линз. Так умножено число параметров, дана возможность исправления ошибок системы, и стало впервые возможным говорить о настоящих больших увеличениях - в 500 и даже 1000 раз. Граница предельного видения передвинулась от двух к одному микрону. Далеко позади оставлен микроскоп Левенгука.
В 70-х годах 19 века победоносное шествие микроскопии двинулось вперед. Сказавшим был Аббе (Е. Abbe).
Достигнуто было следующее:
Во-первых, предельное разрешение передвинулось от полумикрона до одной десятой микрона.
Во-вторых, в построении микроскопа вместо грубой эмпирики введена высокая научность.
В-третьих, наконец, показаны пределы возможного с микроскопом, и эти пределы завоеваны.
Сформирован штаб ученых, оптиков и вычислителей, работающих при фирме Цейсса. В капитальных сочинениях учениками Аббе дана теория микроскопа и вообще оптических приборов. Выработана система измерений, определяющих качество микроскопа.
Когда выяснилось, что существующие сорта стекол не могут удовлетворить научным требованиям, планомерно созданы были новые сорта. Вне тайн наследников Гинана - Пара-Мантуа (наследники Бонтана) в Париже и Ченсов в Бирмингаме - созданы были вновь методы плавки стекла, и дело практической оптики развито до такой степени, что можно сказать: Аббе оптическим снаряжением армии почти выиграл мировую войну 1914-1918 гг.
Наконец, призвав на помощь основы волновой теории света, Аббе впервые ясно показал, что каждой остроте инструмента соответствует свой предел возможности. Тончайший же из всех инструментов - это длина волны. Нельзя видеть объекты меньше полудлины волны - утверждает дифракционная теория Аббе,- и нельзя получить изображения меньше полудлины волны, т.е. меньше 1/4 микрона. Или с разными ухищрениями иммерсии, когда мы применяем среды, в которых длина волны меньше,- до 0,1 микрона. Волна лимитирует нас. Правда, лимиты очень мелкие, но все же это лимиты для деятельности человека.
Физик-оптик чувствует, когда на пути световой волны вставлен объект толщиной в тысячную, в десятитысячную, в отдельных случаях даже в одну стотысячную длину волны. Сама длина волны измерена физиками с точностью до одной десятимиллионной своей величины. Можно ли думать, что оптики, соединившие свои усилия с цитологами, не овладеют той сотой длины волны, которая стоит в поставленной ими задаче? Найдутся десятки способов обойти предел, поставленный длиной волны. Вам известен один из таких обходов, так называемый метод ультрамикроскопии. Если невидимые в микроскоп микробы расставлены далеко друг от друга, то можно осветить их сбоку ярким светом. Как бы они малы ни были, они заблестят, как звезда на темном фоне. Форму их нельзя определить, можно лишь констатировать их присутствие, но и это часто чрезвычайно важно. Этим методом широко пользуется бактериология.
Труды английского оптика Дж. Сиркса (1893) положили начало интерференционной микроскопии. В 1903 г. Р. Жигмонди (R. Zsigmondy) и Зидентопф (Н. Siedentopf) создали ультрамикроскоп, в 1911 г. Саньяком (М. Sagnac) был описан первый двухлучевой интерференционный микроскоп, в 1935 г. Зернике (F. Zernicke) предложил использовать метод фазового контраста для наблюдения в микроскопах прозрачных, слабо рассеивающих свет объектов. В середине XX в. был изобретен электронный микроскоп, в 1953 г. финским физиологом Вильской (A. Wilska) был изобретен аноптральный микроскоп.
Большой вклад в разработку проблем теоретической и прикладной оптики, усовершенствование оптических систем микроскопа и микроскопической техники внесли М.В. Ломоносов, И.П. Кулибин, Л.И. Мандельштам, Д.С. Рождественский, А.А. Лебедев, С.И. Вавилов, В.П. Линник, Д.Д. Максутов и др.
Литература:
Д.С. Рождественский Избранные труды. М.-Л., "Наука", 1964.
Рождественский Д.С. К вопросу об изображении прозрачных объектов в микроскопе. - Тр. ГОИ, 1940, т. 14
Соболь С.Л. История микроскопа и микроскопических исследований в России в XVIII веке. 1949.
Clay R.S., Court T.H. The history of the microscope. L., 1932; Bradbury S. The evolution of the microscope. Oxford, 1967.
Микроскопом называется уникальный прибор, призванный увеличивать микроизображения и измерять размеры объектов или структурные образования, наблюдаемые через объектив. Эта разработка удивительна, а значение изобретения микроскопа чрезвычайно велико, ведь без него не существовало бы некоторых направлений современной науки. И отсюда поподробнее.
Микроскоп - родственное телескопу устройство, которое применяется для совершенно других целей. С помощью него удается рассмотреть структуру объектов, которые невидимы глазом. Он позволяет определять морфологические параметры микрообразований, а также оценивать их объемное расположение. Потому даже сложно представить, какое значение имело изобретение микроскопа, и как его появление повлияло на развитие науки.
История микроскопа и оптики
Сегодня сложно ответить, кто первым изобрел микроскоп. Вероятно, этот вопрос будет также широко обсуждаться, как и создание арбалета. Однако, в отличие от оружия, изобретение микроскопа действительно произошло в Европе. А кем именно, пока неизвестно. Вероятность того, что первооткрывателем устройства стал Ханс Янсен, голландский мастер по производству очков, достаточно высока. Его сыном, Захарием Янсеном, в 1590 году было сделано заявление, что он вместе с отцом сконструировал микроскоп.
Но уже в 1609 году появился и еще один механизм, который создал Галилео Галилей. Он назвал его occhiolino и презентовал публике Национальной академии деи Линчеи. Доказательством того, что в тот период уже мог использоваться микроскоп, является знак на печати папы Урбана III. Считается, что он представляет собой модификацию изображения, полученного путем микроскопирования. Световой микроскоп (составной) Галилео Галилея состоял из одной выпуклой и одной вогнутой линзы.
Совершенствование и внедрение в практику
Уже через 10 лет после изобретения Галилея Корнелиус Дреббель создает составной микроскоп, имеющий две выпуклые линзы. А позже, то есть уже к концу Кристиан Гюйгенс разработал двухлинзовую систему окуляров. Они производятся и сейчас, хотя им не хватает широты обзора. Но, что важнее, при помощи такого микроскопа в 1665 году было проведено исследование среза пробкового дуба, где ученый увидел так называемые соты. Результатом эксперимента стало введение понятия "клетка".
Другой отец микроскопа - Антони ван Левенгук - лишь переизобрел его, но сумел привлечь к прибору внимание биологов. И после этого стало понятно, какое значение имело изобретение микроскопа для науки, ведь это позволило развиваться микробиологии. Вероятно, упомянутый прибор существенно ускорил развитие и естественных наук, ведь пока человек не увидел микробов, он верил, что болезни зарождаются от нечистоплотности. А в науке царствовали понятия алхимии и виталистические теории существования живого и самозарождения жизни.
Микроскоп Левенгука
Изобретение микроскопа является уникальным событием в науке Средневековья, потому как благодаря устройству удалось найти множество новых предметов для научного обсуждения. Более того, множество теорий разрушилось благодаря микроскопированию. И в этом большая заслуга Антони ван Левенгука. Он смог усовершенствовать микроскоп так, чтобы он позволял детально увидеть клетки. И если рассматривать вопрос в этом контексте, то Левенгук действительно является отцом микроскопа такого типа.
Структура прибора
Сам световой представлял собой пластинку с линзой, способной многократно увеличивать рассматриваемые объекты. Эта пластинка с линзой имела штатив. Посредством него она монтировалась на горизонтальный стол. Направляя линзу на свет и располагая между нею и пламенем свечи исследуемый материал, можно было разглядеть Причем первым материалом, который Антони ван Левенгук исследовал, был зубной налет. В нем ученый увидел множество существ, назвать которые пока не мог.
Уникальность микроскопа Левенгука поражает. Имеющиеся тогда составные модели не давали высокого качества изображения. Более того, наличие двух линз только усиливало дефекты. Потому потребовалось более 150 лет, пока составные микроскопы, изначально разработанные Галилеем и Дреббелем, начали давать такое же качество изображения, как устройство Левенгука. Сам же Антони ван Левенгук все равно не считается отцом микроскопа, но по праву является признанным мастером микроскопирования нативных материалов и клеток.
Изобретение и совершенствование линз
Само понятие линзы существовало уже в Древнем Риме и Греции. Например, в Греции при помощи выпуклых стекол удавалось разжигать огонь. А в Риме давно заметили свойства стеклянных сосудов, наполненных водой. Они позволяли увеличивать изображения, хотя и не во много раз. Дальнейшее развитие линз неизвестно, хотя очевидно, что прогресс на месте стоять не мог.
Известно, что в 16 веке в Венеции вошло в практику применение очков. Подтверждением этого являются факты о наличии станков для шлифовки стекла, что позволяло получать линзы. Также имелись чертежи оптических приборов, представляющих собой зеркала и линзы. Авторство данных работ принадлежит Леонардо да Винчи. Но еще раньше люди работали с увеличительными стеклами: еще в 1268 году Роджер Бэкон выдвинул идею создания подзорной трубы. Позже она была реализована.
Очевидно, что авторство линзы никому не принадлежало. Но это наблюдалось до того момента, пока оптикой не занялся Карл Фридрих Цейс. В 1847 году он приступил к производству микроскопов. Затем его компания стала лидером в разработке оптических стекол. Она существует до сегодняшнего дня, оставаясь главной в отрасли. С ней сотрудничают все компании, которые занимаются производством фото- и видеокамер, оптических прицелов, дальномеров, телескопов и прочих устройств.
Совершенствование микроскопии
История изобретения микроскопа поражает при ее детальном изучении. Но не менее интересной является и история дальнейшего совершенствования микроскопии. Начали появляться новые а научная мысль, порождающая их, погружалась все глубже. Теперь целью ученого было не только изучение микробов, но и рассмотрение более мелких составляющих. Оными являются молекулы и атомы. Уже в 19 веке их удавалось исследовать посредством рентгеноструктурного анализа. Но наука требовала большего.
Итак, уже в 1863 году исследователем Генри Клифтоном Сорби для исследования метеоритов был разработан поляризационный микроскоп. А в 1863 году Эрнстом Аббе была разработана теория микроскопа. Она была успешно перенята на производстве Карла Цейса. Его компания за счет этого развилась до признанного лидера отрасли оптических приборов.
Но вскоре наступил 1931 год - время создания электронного микроскопа. Он стал новым видом аппарата, позволяющим видеть намного больше, чем световой. В нем для просвечивания применялись не фотоны и не поляризованный свет, а электроны - частицы куда более мелкие, нежели самые простые ионы. Именно изобретение электронного микроскопа позволило развиваться гистологии. Теперь ученые обрели полную уверенность, что их суждения о клетке и ее органеллах действительно правильные. Впрочем, лишь в 1986 году создателю электронного микроскопа Эрнсту Руска была присуждена Нобелевская премия. Более того, уже в 1938 году Джеймс Хиллер строит просвечивающий электронный микроскоп.
Новейшие виды микроскопов
Наука после успехов многих ученых развивалась все быстрее. А потому целью, продиктованной новыми реалиями, стала необходимость разработки высокочувствительного микроскопа. И уже в 1936 году Эрвином Мюллером выпускается полевой эмиссионный прибор. А в 1951 году производится еще одно устройство - полевой ионный микроскоп. Его важность чрезвычайна, потому как он впервые позволил ученым видеть атомы. А вдобавок к этому в 1955 году Ежи Номарский разрабатывает теоретические основы дифференциальной интерференционно-контрастной микроскопии.
Совершенствование новейших микроскопов
Изобретение микроскопа еще не является успехом, потому как заставить ионы или фотоны проходить через биологические среды, а потом рассматривать полученное изображение, в принципе, нетрудно. Вот только вопрос повышения качества микроскопии был действительно важным. И после этих умозаключений ученые создали пролетный масс-анализатор, который получил название сканирующего ионного микроскопа.
Это устройство позволяло сканировать отдельно взятый атом и получать данные о трехмерной структуре молекулы. Вместе с этот метод позволил значительно ускорить процесс идентификации многих веществ, встречающихся в природе. А уже в 1981 году был введен сканирующий туннельный микроскоп, а в 1986 - атомно-силовой. 1988 - это год изобретения микроскопа сканирующего электрохимического туннельного типа. А самым последним и наиболее полезным является силовой зонд Кельвина. Он был разработан в 1991 году.
Оценка глобального значения изобретения микроскопа
Начиная с 1665 года, когда Левенгук занялся обработкой стекла и производством микроскопов, отрасль развивалась и усложнялась. И задаваясь вопросом о том, какое значение имело изобретение микроскопа, стоит рассмотреть основные достижения микроскопирования. Итак, этот метод позволил рассмотреть клетку, что послужило очередным толчком развития биологии. Затем прибор позволил разглядеть органеллы клетки, что дало возможность сформировать закономерности клеточной структуры.
Затем микроскоп позволил увидеть молекулу и атом, а позднее ученые смогли сканировать их поверхность. Более того, посредством микроскопа можно увидеть даже электронные облака атомов. Поскольку электроны движутся со скоростью света вокруг ядра, то рассмотреть эту частицу совершенно невозможно. Несмотря на это, следует понимать, какое значение имело изобретение микроскопа. Он дал возможность увидеть нечто новое, что нельзя видеть глазом. Это удивительный мир, изучение которого приблизило человека к современным достижениям физики, химии и медицины. А это стоит всех трудов.
История и изобретение микроскопа связано с тем, что с древних времен человек хотел видеть гораздо меньшие предметы, чем позволял невооруженный человеческий глаз. Хотя первое использование линзы из-за давности времени остается неизвестным, считается, что использование эффекта преломления света использовалось более чем 2000 лет назад. Во 2-м веке до нашей эры Клавдий Птолемей описал свойства света в бассейне с водой и точно рассчитал константу преломления воды.
В течение 1 века нашей эры (год 100), было изобретено стекло и римляне глядя через стекло его тестировали. Они экспериментировали с различными формами прозрачного стекла и один из их образцов был толще в середине и тоньше по краям. Они обнаружили, что объект через такое стекло будет выглядеть больше.
Слово «линза» на самом деле происходит от латинского слова «чечевица», они назвали потому, что напоминает форму бобового растения чечевица.
В то же время римский философ Сенека описывает фактическое увеличение через кувшин с водой «…письма, малые и невнятные, рассматриваются расширенные и более четкие через стеклянный кувшин, заполненный водой». Далее линзы не применялись до конца XIII века до . Затем около 1600 г, было обнаружено, что оптические инструменты могут быть сделаны с использованием линзы.
Первые оптические приборы
Ранние простые оптические приборы были с увеличительными стеклами и имели увеличение обычно около 6 x – 10 х. В 1590 году, два голландских изобретателя Ганс Янсен и его сын Захарий при шлифовке линз вручную обнаружили, что сочетание двух линз позволило увеличить изображение предмета в несколько раз.
Они смонтировали несколько линз в трубку и сделали очень важное открытие – изобретение микроскопа .
Их первые устройства были новизной, чем научный инструмент, поскольку максимальное увеличение было до 9 х. Первый микроскоп, сделанный для голландской королевской знати имел 3 раздвижные трубы, 50 см в длину и 5 см в диаметре. Было указано, что устройство имело увеличение от 3 x до 9 x когда полностью раскрыто.
Микроскоп Левенгука
Другой голландский ученый Антони ван Левенгук (1632-1723), считается одним из пионеров микроскопии, в конце XVII века стал первым человеком реально использовавшим изобретение микроскопа на практике.
Ван Левенгук достиг большего успеха, чем его предшественники путем разработки способа изготовления линзы путем шлифовки и полировки. Он достиг увеличения до 270 x, лучшее известное на то время. Это увеличение дает возможность просматривать объекты размером одна миллионная метра.
Антони Левенгук стал более активно участвовать в науке со своим новым изобретением микроскопа. Он мог видеть вещи, которые никто никогда не видел раньше. Он впервые увидел бактерии, плавающие в капле воды. Он отметил ткани растений и животных, клетки спермы и клетки крови, минералы, окаменелости и многое другое. Он также обнаружил нематод и коловраток (микроскопических животных) и обнаружил бактерии, глядя на образцы зубного налета от своих собственных зубов.
Люди стали понимать, что увеличение может выявить структуры, которые никогда не видели раньше – гипотеза, что все сделано из крошечных компонентов, невидимых невооруженным глазом тогда еще не рассматривалась.
Работы Антони Левенгука в дальнейшем развил английский ученый Роберт Гук, который опубликовал результаты микроскопических исследований «Микрография» в 1665 году. Роберт Гук описал подробные исследования в области микробиологии.
Англичанин Роберт Гук открыл микроскопическую веху и основную единицу всей жизни – клетку. В середине XVII века Гук увидел структурные клетки во время изучения образца, который напомнил ему о небольших монастырских комнатах. Гуку также приписывают быть первым, который использовал конфигурацию трех основных линз, как сегодня используют после изобретения микроскопа.
В 18-19 веках не так много изменений в конструкции основного микроскопа было введено. Были разработаны линзы с использованием более чистого стекла и различной формы для решения таких проблем, как искажение цвета и разрешение плохого изображения. В конце 1800-х годов немецкий физик-оптик Эрнст Аббе обнаружил, что покрытые маслом линзы предотвращают искажение света при высоком разрешении. Изобретение микроскопа помогло великому русскому учёному-энциклопедисту Ломоносову в середине 18 века проводить свои опыты двигать русскую науку.
Современное развитие микроскопии
В 1931 году немецкие ученые начали работать над изобретением электронного микроскопа. Этот вид прибора фокусирует электроны на образце и формируют изображение, которое может быть захвачено электронно чувствительным элементом. Эта модель позволяет ученым просмотреть очень мелкие детали с усилением до одного миллиона раз. Единственным недостатком является то, что живые клетки не могут наблюдаться электронным микроскопом. Однако цифровые и другие новые технологии создали новый прибор для микробиологов.
Немцы Эрнст Руска и доктор Макс Кноль, сначала создали «линзу» магнитного поля и электрического тока. К 1933 году ученые построили электронный микроскоп, который превзошел пределы увеличения оптического микроскопа на то время.
Эрнст получил Нобелевскую премию по физике в 1986 году за свою работу. Электронный микроскоп может достичь гораздо более высокого разрешения, так как длина волны электрона меньше, чем длина волны видимого света, в особенности, когда электрон ускоряется в вакууме.
Световая и электронная микроскопия продвинулаясь в 20-м веке. Сегодня увеличительные приборы используют флуоресцентные метки или поляризационные фильтры для просмотра образцов. Более современные используют для захвата и анализа изображений, которые не видны человеческому глазу.
Изобретение микроскопа в 16 веке позволило создать уже отражающие, фазовые, контрастные, конфокальные и даже ультрафиолетовые устройства .
Современные электронные устройства могут дать изображение даже одного атома.
В наше время современные технологии активно применятся во многих сферах человеческой деятельности. Например, в медицине уже есть множество приборов, которые помогают поставить человека на ноги. Но все же, несмотря на большой скачок в развитии техники, в медицине есть много инструментов, аналогов которых нет, и которые нельзя заменить чем-то другим.
Одним из таких инструментов является исследовательский биологический микроскоп , который активно применяется как в клинической практике, так и в микробиологической лаборатории. Даже современные приборы не имеют тех функций и возможностей, которые имеет микроскоп, например, при микробиологическом исследовании или анализе клеток крови.
На
сегодняшний день биомедицинские микроскопы являются наиболее массовым видом
оптической техники. Эти инструменты могут применяться в любых исследованиях,
которые связаны с изучением объектов естественного происхождения. Микроскопы
данного типа разделяются на два типа: исследовательские и для биологических
лабораторий. А также на рутинные и рабочие. В основном биологический микроскоп
применятся в различных исследовательских центрах, научных заведениях или
больницах.
Также хотелось бы рассказать о бинокулярных микроскопах, которые являются новой ступенью эволюции этих инструментов. Эти устройства имеют два окуляра, что позволяет намного легче работать, да и работа стает более комфортной.
На сегодняшний день просто незаменим в больницах или научных лабораториях. Эти микроскопы станут неплохим приобретением для студентов высших учебных заведений, которым просто необходима практика в разных учебных работах, чтобы набраться опыта.
С помощью двух окуляров очень легко будет рассматривать подопытный объект, к тому же качество рассматриваемо объекта, благодаря окулярам, в несколько раз увеличится. Одним из самых основных плюсов этого аппарата является то, что к нему можно прикрепить современные фотоаппараты или камеры, и в итоге получить снимки объекта, или же микроскопическую съемку.
Когда вы будете выбирать себе этот прибор, в первую очередь обратите внимание на следующие детали, параметры и особенности: револьвер с несколькими объективами, параметры освещения, способы перемещения столика. Кроме этого, микроскоп может комплектоваться дополнительными аксессуарами, такими как лампы, объективы, окуляры и т.д.
