Микроскоп под микроскопом

Увидеть скрытое, обнаружить невидимое, понять что кроется внутри вещества или материи – человечество проникло в микромир, чтобы сделать совершенный мир привычнее.
80-90% информации человек получает через зрение. С самого начала возникновения микроскопа микроскоп стал продолжением глаз человека в области микромира. Благодаря микроскопам вещи становятся совершеннее, их детали меньше, а сами микроскопы все меньше напоминают приборы с урока биологии.
Первый микроскоп появился более 400 лет назад. У него было увеличение всего в 300 крат., что позволяло рассматривать только насекомых. Для современной науки увеличение в 2000 крат далеко не предел.
Сейчас создаются разные материалы(фотонные кристаллы, наноструктуры, квантовые точки). Для исследования их и их свойств необходимы новые решения.
Сегодня существуют различные микроскопы – оптические, электронные и зондовые. У каждого микроскопа свое предназначение и свои возможности. Каждый вид микроскопии дает свою информацию, которую не дает другой.

ОПТИЧЕСКИЕ(СВЕТОВЫЕ) МИКРОСКОПЫ.
Знакомы нам всем с уроков биологии. Все оптические микроскопы работают по тому же принципу, что и наше зрение. Чтобы увидеть что-либо - нужен свет. Свет попадает на объект и отражаясь от него проходит через зрачок(объектив человеческого глаза). Скорректировать фокус и получить четкое изображение помогает вторая глазная линза – хрусталик. Главная система оптического микроскопа также состоит из 2 линз, через которые проходит световая волна. Первая, объектив –создает увеличенное отражение объекта. Вторая, окуляр - собирает изображение и проецирует его на сетчатку глаза наблюдателя.
Увеличить изображение более чем в 1500-1600х невозможно. Вместо четкой картинки наблюдатель увидит размытое пятно. Давайте разберемся –почему же так?
Все дело в свете. С микроскопом или без мы видим благодаря тому, что свет распространяется по прямой и отражается от предметов. Длина световой волны намного меньше размеров наблюдаемых объектов. По сравнению с размерами световой волны даже бактерия является гигантом. Но когда размер объекта меньше длины световой волны происходит дифракция света. Свет преломляется и огибает предмет и не отражается от предмета. Поэтому получить четкое изображение атома или молекулы в оптическом микроскопе нельзя.
В современных оптических микроскопах используются сложные оптические системы, объектив и окуляры состоят из нескольких линз. На оптических микроскопах можно увидеть не только клетки, но и составляющие клеток. Также понять как эта клетка существует, что она собирается делать, какие белки она синтезирует, собирается она погибнуть или продолжить свою функциональную жизнь.
Однако самая совершенная система линз не может противостоять дифракции света. Увеличить изображение до бесконечности невозможно. Несмотря на это, оптические микроскопы используют в медицине и биологии. Свет ограничивает увеличение микроскопа и в тоже время безвреден для самых маленьких живых объектов.
Но как быть, если нужно рассматривать не весь объект, а его отдельные части?
Для этого нужны флюоресцентные микроскопы. На образец наносятся специальные метки. Чтобы их увидеть используется на микроскопе свет УФ-диапазона, поглощая его образец испускает люминесцентный свет, т.е. светится. Какие чати объекта светятся, какие то нет.
Этот метод в медицине спасает людям жизнь. Также флюоресценция используется в криминалистике(при выявлении подделанных денежных купюр, ценных бумаг и документов ).

Сканирующий оптический микроскоп сразу позволяет рассматривать препарат целиком посредство линейного точечного сканирования объекта. Изображение выводиться на компьютер для дальнейшей обработки. На этом микроскопе производятся морфологические анализы, диагностические анализы, а также количественный и качественный подсчет элементов. Основное предназначение сканирующих микроскопов –телемедицина.
Каким бы не был микроскоп, немаловажное значение несет пробоподготовка. Рассмотрим как готовиться образец при гистологических исследованиях. Образцом является ткань любого живого организма. Для подготовки пробы ее нужно сделать плотной, лишить способности портиться и сделать тонкой.
Материал помещается под макромикроскоп, где фиксируются его изменения, измеряются его размеры. Специалист выбирает участки ткани, которые запрессовывает в специальные кассеты, которые отправляются в тканевый процессор. В тканевом процессоре проба обезвоживается и затем пропитывается парафином в течении нескольких часов. Сформированный гистологический блок направляется в микротон для микронарезки. Далее удаляется парафин и проба окрашивается. Вся процедура занимает около 3 часов.

ЭЛЕКТРОННЫЕ МИКРОСКОПЫ

Вместо света в электронных микроскопах используется сфокусированные потоки электронов, которые бегают по поверхности образца, также как в электронном кинескопе электроны прочерчивают картинку. Бомбардировка электронами сопровождается физическими эффектами, такими как отражение электронов, вырывание вторичных электронов и даже генерация рентгеновского излучения.
Ярким примером электронного микроскопа является просвечивающийся электронный микроскоп(ПЭМ). Микроскоп занимает большую площадь, используется в области нанотехнологий и микроэлектроники. Для такого микроскопа должны использоваться объекты с очень маленькой толщиной(порядка 200 нм). Такие объекты сложно приготовить.

ЗОНДОВЫЕ МИКРОСКОПЫ

Создание нанотранзисторов, супертонкого дисплея и клейких полимеров возможно благодаря использованию зондовых микроскопов. Зондовый микроскоп –это нанотехнологический комплекс, состоящий из нескольких микроскопов и вспомогательного оборудования. В составе для юстировки есть и оптический микроскоп. Способ исследования зондового микроскопа – ощупывание поверхности исследуемого образца посредством зонда с огромной чувствительностью. Чтобы получить точные исследования на зондовых микроскопах создают условия сверхвысокого вакуума. Вакуум необходим на всех этапах работы(так как любой материал при контакте с кислородом покрывается тончайшей пленкой).
Радиус наконечника зонда менее 50 нм. Зонды(иглы) изготавливаются из графита, кремния, вольфрама, и даже из платины и золота. Но чаще всего они изготавливаются из кремния. Иглы зондовых микроскопов не ломаются, они стираются. Новое исследование –новая игла.
Зондовые микроскопы- основа наноиндустрии. Они контролируют технологические процессы изготовления тонких пленок, восстанавливают информацию и производят различные измерения. Сегодня без зондовых микроскопов не обходиться ни одно исследование в области микроэлектроники и материаловедения.

Оптические, электронные или зондовые микроскопы. Они используются во всех областях науки. Открывая тайны малого – позволяют создавать большое. Человек создал микроскоп чтобы познать микромир: от насекомого до бактерии, от поверхности материи до ее строения на атомном уровне. И чем глубже мы проникаем в тайны вселенной, тем сложнее становиться микроскоп – инструмент, помогающий совершать открытия и совершенствовать будущее.

Статья написана на основе телепрограммы Наука 2.0 Большой Скачок ” Микроскоп под микроскопом”