Микроскоп, микроскопия, зависимость методов исследований и контрастирования от свойств объектов наблюдения
Микроскоп (от лат. Micros — малый и Scopein — рассматривать, наблюдать) — прибор, позволяющий получать увеличенное изображение объектов и структур, недоступных глазу человека. В практике медико-биологических исследований применяются методы световой и электронной микроскопии. Световые микроскопы могут увеличивать объект размером от 0,5 мкм с разрешением элементов объекта до 0,1 мкм более чем в 1500 раз, а электронные микроскопы — в 20 000 раз.
Световая микроскопия основывается на законах геометрической оптики и волновой теории образования изображения, в качестве освещения используются естественный или искусственные источники света. Простые микроскопы появились в XVII в. Больших успехов в их изготовлении добился голландский ученый А. Левенгук. В 1609—1610 гг. сложный микроскоп был построен Г. Галилеем (1564—1642). В 1846 г. немецкий механик Карл Цейсе (1816—1888) открыл мастерскую и через год приступил к изготовлению микроскопов. Карл Цейсе успешно использовал в деятельности своей фирмы открытия профессора физики Эрнста Аббе, который впоследствии становится его полноправным компаньоном. Теоретические и практические работы Эрнста Аббе (1840—1905), Отто Шотта (1851 — 1935) и Августа Келера(1866—1948)определили направление развития и принципы построения оптических систем современных микроскопов.
Электронная микроскопия обеспечивает получение электронно-оптического изображения с помощью потока электронов. Построение изображения основывается на законах геометрической и волновой оптики, а также теории электромагнитных полей. Электронная микроскопия делает возможным исследование объектов, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности светового микроскопа (менее 0,2 мкм), и находит применение для изучения вирусов, бактериофагов, тонкого строения клеток микроорганизмов и других субмикроскопических объектов, а также макромолекулярных структур.
Электронный микроскоп появился в конце 30-х годов. В эти годы к серийному выпуску электронных микроскопов приступила немецкая фирма SIEMENS. В 1940 г. в ГОИ им. С.И.Вавилова (Ленинград) был создан первый отечественный электронный микроскоп с увеличением до 10 000 х и разрешением порядка 400 А. Электронные микроскопы в основном используются в научно-исследовательских лабораториях.
Объекты микроскопии. Применение микроскопа того или иного типа, а также обеспечение его устройствами для различных методов исследования и контрастирования определяется физико-химическими свойствами объекта наблюдения.
| Непрозрачный объект |
Энергия световой волны, падающая на непрозрачный объект, максимально отражается от его поверхности.
|
| Полностью прозрачный или полупрозрачный объект |
Энергия световой волны частично отражается от поверхности прозрачного объекта, при этом большая ее часть проникает в сам объект. В зависимости от соотношения прошедшей и отразившейся частей световой энергии можно говорить о полностью прозрачном или полупрозрачном объекте. Объекты, кроме указанных свойств, имеют способность к поглощению. Поглощение характеризуется светопропусканием (прозрачностью или плотностью) объекта. С помощью этого свойства можно оценить глубину или толщину объекта. Биологические неокрашенные объекты обычно прозрачны для видимого света.
|
| Анизотропные объекты |
При прохождении света через анизотропный объект происходит разделение светового пучка на обыкновенные и необыкновенные лучи с изменением скорости распространения световых волн по двум разным направлениям колебания, т.е. объект обладает способностью к изменению электромагнитных свойств света (поляризации света). К анизотропным объектам можно отнести кристаллы и волокна.
|
| Изотропный объект |
Изотропный объект не поляризует свет, прошедший через него, однако при отражении от такого объекта свет может поляризоваться (закон Брюстера).
|
| Амплитудный объект |
Амплитудный объект поглощает свет и в физическом смысле меняет амплитуду и интенсивность световой волны (количество прошедшего через объект света), проходящей через него. К амплитудным объектам относятся все окрашенные препараты, которые изображаются микроскопом достаточно контрастно.
|
| Фазовый объект |
При прохождении света через фазовый объект амплитуда световой волны практически не меняется, а изменяется только фаза колебания (скорость прохождения света через объект). Эти изменения не фиксируются глазом. Фазовый объект, обладающий определенной толщиной, имеет показатель преломления близкий к показателю преломления среды, в которой находится. К фазовым объектам относятся живые неокрашенные микроорганизмы, изображения которых в обычном микроскопе отличаются малой контрастностью.
|
| Фазово-амплитудный объект |
Фазово-амплитудные объекты обладают свойствами, которые приводят к фазовым изменениям в световой волне (скорости распространения) и вызывают изменения ее амплитуды (интенсивности света). Большинство объектов являются фазово-амплитудными.
|
| Люминесцирующий объект (частицы) |
Люминесцирующие объекты или частицы обладают способностью к свечению.
При этом длина волны света люминесценции объекта, как правило, больше, чем длина волны, вызвавшая это возбуждение. Свечение объектов, не обладающих собственной люминесценцией, можно вызвать с помощью специальных красителей — флюорохромов. К люминесцирующим объектам относятся масла, воски, некоторые минералы, опухолевые (пораженные) клетки, бактерии.
|
Препарат представляет собой предметное стекло, на котором располагается объект, определенным способом (технология микроскопирования) подготовленный для наблюдения под микроскопом. Объект может быть накрыт защитным покровным стеклом.