От Оккиолино до Титана: эволюция, разновидности и предназначение современных микроскопов

134 Просмотры 18 Понравилось

Сфера использования микроскопов огромна, от проведения «лёгких» научных опытов в школьных и вузовских лабораториях до серьёзной медицинской диагностики и  микробиологических исследований. Впрочем, памятуя известную поговорку «Что русскому хорошо – то немцу смерть», можно сказать, что не все микроскопы одинаково хороши для решения разных задач в условиях различных сфер деятельности. Разберём историю появления микроскопов, поговорим об основных видах этих устройств и оценим их эффективность в рамках тех или иных исследований.

История возникновения и эволюция микроскопов

Микроскоп – это прибор, разработанный еще в XVII веке нидерландским ученым Антони ван Левенгуком для получения увеличенного изображения объектов, размеры которых меньше одной десятой доли миллиметра – именно таким является предел разрешения глаза среднестатистического человека. Первый микроскоп был способен увеличить предмет в 300 раз и пределом его «зрения» стали малейшие крупинки песка. Впрочем, нельзя не заметить, что вопреки распространённому мнению о том, что автором первого микроскопа был Левенгук, истинным разработчиком устройства является Галилей, который в 1609 году представил публике «оккиолино» – именно так назывался первый прибор, напоминающий своим обликом и принципом работы микроскоп Левенгука. Заслуга же нидерландского ученого была, в основном, в том, что именно с его подачи возможностями микроскопа заинтересовались медики и биологи.

 

В современном мире, используя обычный биологический микроскоп, мы можем увидеть объекты, размеры которых составляют не менее 3-4 микрометра. Так было до изобретения наноскопа, предел разрешающей способности которого составляет уже 10-30 нанометров, что открывает совершенно новые горизонты для исследования микромира.

Какими по принципу работы бывают микроскопы и что в них можно увидеть?

На сегодняшний день различают 4 вида микроскопов: оптические, электронные, зондовые и рентгеновские. Оптический микроскоп – самый бюджетный из перечисленных. Его используют в качестве учебного прибора при проведении школьных лабораторных работ, а также в процессе домашнего исследования небольших объектов. Оптический микроскоп может увеличить изображение предмета в 2000 раз. Объекты, размер которых меньше 380 нанометров, для оптического микроскопа окажутся невидимыми. Это связано с тем, что для отражения света с определенной длиной волны сам объект должен быть больше этой величины.

Столкнувшись с такой проблемой, ученые решили, что вместо света можно использовать поток электронов, испускаемый, например, раскаленным вольфрамом, а затем также сфокусировать его на экране и получать черно-белое изображение, которое будет иметь увеличение в диапазоне от 20 000 до 10 000 000 раз, в зависимости от цели эксперимента. Подобные устройства – электронные микроскопы – появились в начале тридцатых годов XX века и совершили огромный прорыв в исследовании микроскопических объектов. Очевидно, что, учитывая все свои преимущества перед оптическим микроскопом, электронный имеет гораздо большую цену. Это зависит от высоких стандартов качества используемых в изготовлении прибора материалов, а также от сложности самого производственного процесса. Также для нормальной работы микроскопа и получения качественного изображения в помещении для исследований следует поддерживать особые условия. Например, объект исследования должен находиться в вакууме, с тем, чтобы молекулы воздуха не рассеивали поток электронов и не «смазывали» изображение. Также важно, чтобы рядом с прибором не присутствовало магнитных полей, ведь именно магнитное поле микроскопа направляет и фокусирует поток электронов. В связи с вышеописанными обстоятельствами, электронный микроскоп вряд ли подойдет для домашнего использования, его применяют только в высокотехнологичных медико-биологических или промышленных лабораториях, максимально изолированных от воздействий внешнего мира.

 

Следующий тип микроскопов – зондовый. Сканирующий зондовый микроскоп, созданный относительно недавно – несколько десятилетий назад – позволяет получать трехмерное изображение исследуемого объекта с помощью специального зонда, который, помимо получения картинки, также проводит анализ всевозможных характеристик предмета. Как нетрудно догадаться, вместо объектива и линз здесь используется зонд, а также система мониторинга его перемещения и система регистрации и записи топографической картины увеличенного объекта. Чувствительные сенсоры, которыми оснащен зонд, фиксируют движение электронов, по которому простраивается изображение. Удобство таких микроскопов заключается в возможности работы с предметами, рельеф которых сложен для изучения. Из необходимых условий работы сканирующего зондового микроскопа можно выделить соответствие диаметров зонда и объекта исследований. Неприятно осознавать, что данный метод является весьма неточным, так как получаемый трёхмерный рисунок трудно расшифровать из-за большого количества дефектов компьютерной обработки. Первоначальные же данные обрабатываются математически.

Последний тип микроскопов, на котором стоит заострить внимание – это рентгеновские микроскопы. Как понятно из названия, принцип его работы основан на физике рентгеновских лучей, длина волны которых лежит в диапазоне от пикометра (10 в минус двенадцатой степени метра) до десяти нанометров, что делает её одной из самых коротких волн. Более короткой является только волна гамма-излучения, которое является наиболее опасным для человека: его может задержать лишь толстый слой свинца или бетона. Зная об этом свойстве гамма-излучения, можно понять, почему ученые решили отказаться от его использования в микроскопии. Несмотря на то, что рентгеновский микроскоп относят к лабораторному оборудованию, его эффективность выше оптического, но ниже электронного. Метод исследования объекта заключается в оптических свойствах рентгеновских лучей, которые преломляются, проходя через исследуемый образец. Чуткие датчики фиксируют это преломление и передают на обработку системе-«художнику», которая, исходя из полученных данных, создает картинку поверхности микрообъекта. Большим преимуществом рентгеновского микроскопа перед остальными является возможность получать данные не только о форме и некоторых физических свойствах объекта исследования, но и о его химическом составе. Это связано со способностью рентгеновских лучей проходить сквозь предмет, которая также используется в кабинетах рентгенографии. Сфера применения рентгеновского микроскопа ограничивается преимущественно биологическими и ботаническими исследованиями, а также анализом порошкообразных веществ и металлов.

В каких сферах деятельности чаще всего встречается микроскоп?

Помимо классификации по принципу действия, микроскопы принято разделять по сфере применения. Так, например, микроскопы, которыми пользуются эксперты-криминалисты, негласно именуют криминалистическими. Чаще всего они представляют собой оптические устройства, предоставляющие возможность одновременного рассматривания и сравнения картинок двух объектов. С помощью криминалистических микроскопов можно проверить на подлинность то или иное изделие, установить идентичность волос  подозреваемого в совершении преступления, сравнить гильзу патрона преступника с гильзой, внесённой в полицейскую базу вещественных доказательств и т. д.

 

Следующий тип микроскопов по сфере применения – биологический. Такие микроскопы чаще всего используются в медицинских учреждениях, лабораториях, в некоторых областях археологии, геологии и пищевой промышленности. Они предназначены для анализа полупрозрачных объектов.

Современным диагностическим микроскопом, который, можно сказать, более других связан со сферой медицины, является кольпоскоп. Этот прибор активно применяется в гинекологии для выявления некоторых заболеваний и патологий и проведения операций по их устранению.

Микроскопы, которые применяются преимущественно в научных целях в процессе производства микроэлектроники – это инвертированные микроскопы и стереомикроскопы. Особенность инвертированных микроскопов заключается в том, что конструктивно их объективы находятся под объектом исследования. В свою очередь, стереомикроскопы (или бинокуляры) представляют собой устройства для разглядывания предметов в объёмном изображении посредством образования так называемых стереопар, раздельно видимых левым и правым глазом исследователя. Такие микроскопы широко используются, в частности, в препарировании и исследованиях живых организмов.

Наиболее сложным типом микроскопа считается поляризационный микроскоп. Ключевые сферы его применения – это минералогия, кристаллография и микробиология, а  предназначение устройства заключается в исследовании материалов, наделенных неординарными свойствами.

Как мы видим, микроскоп является очень важным оборудованием, без которого практически невозможно представить себе полноценную деятельность фармакологических, медико-биологических, агрологических и многих других предприятий, для которых важен точный анализ микрокомпонентов. Вот почему за многие десятилетия эволюции – от оккиолино Галилея до самого мощного в мире на сегодняшний день микроскопа Titan, находящегося в Национальном Центре Электронной Микроскопии (США) – этот прибор был многократно улучшен, отлажен и подготовлен к серьёзной исследовательской деятельности в самых различных отраслях. И конечно же, выбирая микроскоп, следует доверять надёжным производителям, которые точно так же, опираясь на собственный многолетний опыт, пробы и ошибки, проектируют и выпускают на рынок самые передовые и совершенные на сегодняшний день модели микроскопов для решения широкого круга задач.

Оставить свой комментарий



Последние статьи

Последние комментарии

Информация