1.2: Мікроскопія

Світловий мікроскоп

Клітина Гука

У 1665 році Роберт Гук опублікував Micrographia, книгу, яка ілюструвала сильно збільшені предмети, до яких входили комахи та рослини. Ця книга підштовхнула інтерес до наук вивчити мікроскопічний світ за допомогою лінз, але також примітний для спостережень Гука пробки, де він вперше вжив слово «клітина» в біологічному сенсі.

Батько мікробіології: Ван Леувенгук

Голландський торговець Антоні ван Леувенгук використовував збільшувальні лінзи високої потужності, щоб оглянути частини комах і вивчити якість тканини в своєму драпірувальному бізнесі. Він почав експериментувати з витягуванням скла для генерації лінз і розробив простий мікроскоп для спостереження за зразками. Використовуючи просту єдину лінзу зі зразком, встановленим на точці, він зміг ідентифікувати перші мікроскопічні «тварини» (звірятка), які згодом будуть відомі як найпростіші (оригінальні тварини).

Хоча апарат ван Левенгука був простим, збільшувальна сила його лінз і його цікавість дозволили йому виконувати великі наукові спостереження за мікроскопічним світом. Його висміювали за те, що він спочатку сфабрикував свої спостереження за протестами. Коли-небудь вчений ван Леувенгук досліджував зразки власної діареї, щоб виявити Giardia intestinalis. Хоча він не зробив зв'язку причинної природи цього мікроорганізму, він дуже детально описав подробиці того, як цей організм може просуватися через середовище.

Сучасний складний мікроскоп

На відміну від однолінзового мікроскопа Ван Леувенгука, ми тепер поєднуємо збільшувальну силу декількох лінз у так званому складному мікроскопі.

1. Очна лінза або окуляр
2. Ніс Шматочок/Карусель лінз
3. Об'єктив
4. Ручка фокусування курсу
5. Ручка точного фокусування
6. Етап
7. Лампа
8. Конденсатор
9. Етап контролю

Використання світлового мікроскопа

Мікроскопічний світ

Масштаб

Збільшення

Збільшення - це процес збільшення зовнішнього вигляду об'єкта. Розраховуємо збільшення предмета, вказавши зміну згину в розмірі. Так що, якщо щось здається подвійним розміром реального елемента, то це, очевидно, збільшено в 2 рази. Оскільки є збільшення за допомогою окуляра (окулярної лінзи), а також об'єктивів, наше остаточне збільшення елемента є продуктом цих двох лінз.

Найменший об'єктив об'єктива збільшення (зазвичай 4X або 5X) називається скануючим об'єктивом. Існує також, як правило, об'єктив низької потужності в 10X і більш високий об'єктив збільшення при 40X. Там може бути більш високий об'єктив збільшення в 100X, але вони, як правило, вимагають масла, щоб функціонувати належним чином і часто зарезервовані для мікробіологічних лабораторій.

• Яка сила очної лінзи?
• Ми можемо обчислити це як: _{Загальне}
  збільшення = Збільшення _{об'єктивне} X Збільшення _{окулярне}
• З огляду на це, заповніть наступну таблицю:

Поле зору (FOV)

У мікроскопі ми зазвичай спостерігаємо речі в межах кругового простору (або поля), як визначено лінзами. Ми називаємо цю спостережувану область полем зору (FOV). Розуміння розміру FOV важливо, оскільки фактичні розміри об'єкта можна обчислити за допомогою Збільшення лінз.

FOV можна описати як площу кола:

Які наслідки збільшення на FOV?

1) Найнижче збільшення

2) Низьке збільшення

3) Високе збільшення

4) Найвище збільшення

На зображенні 1 ми можемо побачити модель ДНК на столі з пляшкою води та великою площею кімнати. Зображення 2 відображає менше кімнати у фоновому режимі, але модель ДНК більша за зовнішнім виглядом, оскільки збільшення більше. На зображенні 3 ми більше не бачимо доказів дверей, а модель ДНК набагато більша, ніж раніше. На зображенні 4 ми більше не бачимо таблиці, на якій спираються модель та пляшка з водою. Хоча останнє зображення є найбільшим, ми бачимо менше навколишніх об'єктів. У нас більше збільшення ціною поля зору. FOV обернено пов'язаний з рівнем збільшення.

Розрахунок поля зору

1. Вивчіть лінійку під скануючим збільшенням
   • Виміряйте діаметр в мм.
   • Діаметр = _________________
   • Радіус = ____________________
   • Обчисліть поле зору при цьому збільшенні= __________________
2. Вивчіть лінійку при низькому збільшенні (10x)
   • Виміряйте діаметр в мм.
   • Діаметр = _________________
   • Радіус = ____________________
   • Обчислити поле зору при цьому збільшенні= ____________________
3. Яка залежність між збільшенням і полем зору? ___________________________________________________________________________________
4. Яка частка зміни поля зору при подвоєнні збільшення? ______________________________________________________________________

Буква «е»

1. Орієнтуйте слайд буквою «е» так, щоб він читався як «е» без збільшення
2. Намалюйте «е» при скануванні, низькому та великому збільшенні

Глибина різкості

1. Вивчіть слайд кольорових ниток під владою сканування, щоб перехресна точка ниток була в центрі поля.

2. Підніміть збільшення до об'єктиву низької потужності

• Що ми помічаємо про нитки та фокус?
• Як ми можемо пояснити це спостереження стосовно ниток?
• Закрийте діафрагму, щоб дозволити точкове світло через слайд. Який вплив це робить на зображення?

Ми помічаємо, що коли ми спостерігаємо під мікроскопом 3 перекриваються нитки різного кольору, ми можемо зосередитися на одній нитці за раз. Аналогічно, коли ми збільшуємо масштаб на моделі ДНК нижче, ми помічаємо, що відбиток на пляшці з водою не різкий.

Найвище збільшення при невеликій глибині різкості. Зверніть увагу, як етикетка на пляшці з водою розмита, а написи на моделі ДНК різкі.

Ми знаємо, що пляшка з водою знаходиться за молекулою ДНК. Під мікроскопом нитки різного кольору також укладаються один на одного. Ми визнаємо, що вони знаходяться на різних площинях, оскільки вони тривимірні. Кожна нитка має глибину і не займає однакового точного простору. Якщо ми зосередимось на відбитку пляшки з водою на зображенні вище, ми більше не побачимо написи на молекулі ДНК різко. Ми називаємо це поняття глибиною різкості (DOF). Під мікроскопом, при малому збільшенні, ми можемо розібрати менше тонких деталей. Однак більшість предметів з'являються на одній площині в цьому випадку і або порівняно гострими. Але коли ми збільшуємо збільшення і бачимо більш тонкі деталі, відстані між різними площинами в поле зору стають більш очевидними. Подібне явище ми можемо спостерігати при низькому збільшенні моделі ДНК. При низькому збільшенні ми, можливо, не зможемо прочитати відбиток на пляшці з водою, але пляшка та молекула ДНК мають подібну відстань, на нашу думку, що невелика різниця в видимій глибині не настільки помітна. Ми все ще можемо намалювати інші візуальні сигнали, щоб знати, що пляшка стоїть за моделлю, але різкість обох предметів еквівалентна.

Вивчення клітин

1. Вибираємо підготовлену гірку протеста (Евглена, Амеба, Парамеція)
2. Підготуйте мокре кріплення краплі ставкової води і покладіть кришкуковзку над краплею.
3. Проведіть тампон з внутрішньої сторони щоки
   1. Розкачайте тампон поперек гірки
   2. Киньте трохи метиленового синього на слайд
   3. Помістіть ковзання кришки над краплею
   4. Візуалізуйте і намалюйте клітини щоки
4. Документуйте свої спостереження, намалювавши клітини та використовуючи телефон, щоб прив'язати зображення.

Реальні біологічні приклади

Ми можемо побачити поняття FOV і DOF на наступних малюнках.

У ще більш екстремальному крупному плані (більшому збільшенні) нам було б важко зосередитися як на очах, так і на дзьобі, оскільки між цими рисами є глибина та відстань.

Як ми використовуємо мікроскопи

У нашій лабораторії ми дивимося на воду ставка. Що ми бачимо? Чому це значимо? Як мікроскоп допомагає нам вивчати ці предмети? Яка корисність понять збільшення, FOV та DOF, коли ми використовуємо мікроскопи для вивчення біологічних зразків?