آنچه در این مقاله میخوانید
میکروسکوپ نوری، نوعی دستگاه است که برای بزرگنمایی اجسام یا موجودات بسیار ریز مورد استفاده قرار می گیرد و معمولاً از نور مرئی و انواع عدسی های اپتیکی به کار رفته در ساختمان آن استفاده می کند.
میکروسکوپ نوری، رایج ترین نوع از انواع میکروسکوپ مورد استفاده در آزمایشگاه ها، مدارس و مراکز تحقیقاتی است و از لنزهایی تشکیل شده است که بین نمونه مورد بررسی و چشم بیننده قرار می گیرند تا عمل بزرگنمایی تصویر را انجام دهند و بتوان با جزئیات بیشتری نمونه بسیار کوچک را بررسی کرد.
از آنجایی که در طول تاریخ از آنها برای مشاهده موجوداتی مانند میکروارگانیسم ها و سلول های گیاهان و جانوران استفاده می شده است، آنها را میکروسکوپ بیولوژیکی نیز می نامند.
گفته می شود که حداقل فاصله بین دو نقطه که با چشم غیر مسلح قابل تشخیص است 0.1 میلی متر است که به ضخامت یک تار مو است. میکروسکوپ نوری می تواند حداقل فاصله چند صد نانومتر را تشخیص دهد.
نمونه ای از یک میکروسکوپ نوری
انواع میکروسکوپ نوری به طور گسترده در زمینه های مختلف علمی مانند زیست شناسی، پزشکی، علم مواد و پزشکی قانونی برای مشاهده و مطالعه اجسام کوچک و موجودات استفاده می شود.
آنها توانایی بزرگنمایی نمونه ها را تا چند صد برابر، بسته به عدسی شیئی مورد استفاده در آنها را دارند. لذا، آشنایی با بخش های مختلف یک میکروسکوپ نوری، جهت انتخاب آنها متناسب با نیاز بسیار حائز اهمیت است.
بخش های مختلف یک میکروسکوپ نوری
چشمی، که عدسی چشمی نیز گفته می شود، یک عدسی است که بیننده برای دیدن تصویر بزرگ شده از آن نگاه می کند و معمولاً ترکیبی از لنزهایی است که تصویر تولید شده توسط عدسی شیئی را بزرگ تر می کنند.
این بخش، مجموعه ای از عدسی هایی هستند که بر روی یک دماغه چرخان قرار می گیرند تا سطوح مختلفی از بزرگنمایی را ارائه کنند. کاربر می تواند بین لنزهای شیئی مختلف جابجا شود تا به سطوح مختلف بزرگنمایی دست یابد.
در حقیقت، این عدسی اصلی میکروسکوپ است. نور را از نمونه جمع آوری نموده و آن را برای تولید یک تصویر واقعی بزرگ نمایی شده متمرکز می کند. لنزهای شیئی در بزرگنمایی های مختلفی مانند 4x، 10x، 40x و 100x موجود هستند.
استیج، یک سکوی مسطح است، جایی که نمونه برای مشاهده روی آن قرار می گیرد و معمولاً شامل گیره ها یا نگهدارنده های مکانیکی است تا نمونه محکم نگه داشته شود.
سیستم روشنایی،مجموعه ای از قطعات است که کمک می کنند تا نمونه به خوبی دیده شود و شامل قطعات زیر می شود:
یک منبع نور وجود دارد که برای روشن کردن نمونه استفاده می شود (مانند لامپ های کوچک یا LEDها) و معمولاً در زیر استیج یا بالای عدسی شیئی قرار دارد.
در زیر استیج قرار دارد و به متمرکز کردن نور بر روی نمونه کمک می کند و وضوح و روشنایی تصویر را بهبود می بخشد.
دستگیره ها یا کنترل هایی نیز وجود دارند که به کاربر اجازه می دهد میزان فوکوس میکروسکوپ نوری را تنظیم کند تا نمونه به وضوح دیده شود.
دیافراگم یک میکروسکوپ نوری قابل تنظیم است و میزان نور عبوری از کندانسور را کنترل می کند. با تنظیم دیافراگم می توان کنتراست و روشنایی تصویر را تنظیم کرد.
قسمت بلند و استوانه ای میکروسکوپ نوری است که چشمی را به عدسی شیئی متصل می کند. هدف لوله بدنه، حفظ فاصله صحیح بین چشمی و لنز شیئی است و از فوکوس مناسب تصویر اطمینان حاصل می کند.
بازوی میکروسکوپ قسمت خمیده ای است که لوله بدنه را به پایه متصل نموده و پایداری میکروسکوپ را فراهم می کند.
این دیافراگم میزان نوری که به عدسی شیئی می رسد را کنترل می کند و عمق میدان و کیفیت تصویر را تنظیم می کند.
دقت داشته باشید که طراحی خاص و ویژگی های یک میکروسکوپ نوری بسته به مدل و کاربرد مورد نظر می تواند متفاوت باشد.
همانطور که پیش از این نیز گفته شد، یک میکروسکوپ نوری برای مشاهده اجسام کوچکی که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند، با استفاده از نور کار می کند. در ادامه توضیح ساده ای از عملکرد آن ارائه شده است:
برای استفاده از میکروسکوپ نوری، نمونه معمولاً بر روی یک لام شیشه ای آماده می شود و با یک لام شیشه ای نازک پوشش داده می شود.
اسلاید روی استیج قرار می گیرد و کاربر لنز شیئی مناسب را برای شروع مشاهده نمونه انتخاب می کند.
میکروسکوپ، نور را از یک منبع داخلی یا یک منبع خارجی ساطع می کند. این نور از یک عدسی کندانسور عبور می کند که آن را روی جسم مورد مشاهده متمرکز می کند.
نور از جسم عبور کرده و وارد عدسی شیئی می شود و سپس تصویر بزرگ شده از چشمی عبور می کند که تصویر را بیشتر بزرگ می کند. به طور معمول، چشمی دارای قدرت بزرگنمایی 10 برابر است.
کاربر از طریق چشمی نگاه می کند و تصویر بزرگ شده شی را می بیند. ناظر می تواند فوکوس تصویر را با استفاده از دکمه یا کنترل های فوکوس تنظیم کند تا نمای واضحی به دست آورد.
مکانیزم عملکردی یک میکروسکوپ نوری
امروزه با پیشرفت تکنولوژی، انواع مختلفی از میکروسکوپ نوری وجود دارد که برای کاربردهای مختلفی در تحقیقات، آموزش و صنعت استفاده می شوند.
این نوع میکروسکوپ نوری، رایج ترین نوع است که در تحقیقات علمی و آموزشی استفاده می شود. از چندین لنز برای بزرگنمایی نمونه استفاده می کند و می تواند چندین هدف با بزرگنمایی های مختلف و یک تک چشمی یا دوچشمی برای مشاهده داشته باشد.
میکروسکوپ های استریو که به عنوان میکروسکوپ تشریح نیز شناخته می شوند، نمای سه بعدی از نمونه ارائه می دهند.
این میکروسکوپ ها معمولاً برای کارهایی با بزرگنمایی کم که نیاز به فاصله کاری و درک عمق بیشتری دارند، مانند کالبد شکافی، ساعت سازی، بازرسی برد مدار و سایر کاربردهای صنعتی و بیولوژیکی استفاده می شوند.
بر خلاف میکروسکوپ مرکب که از نور عبوری استفاده می کند، میکروسکوپ استریو نور بازتابی را برای روشن کردن نمونه به کار می برد و دارای دو مسیر نوری مجزا برای هر چشم است که امکان دید راحت تر و درک عمق را نیز برای کاربر فراهم می کند.
شماتیک کلی یک میکروسکوپ استریو
میکروسکوپ های استریو بزرگنمایی کمتری در مقایسه با میکروسکوپ‌های مرکب دارند. اما با این وجود، میدان دید بزرگتر و فاصله کاری بیشتری را ارائه می دهند که امکان دستکاری نمونه یا استفاده از ابزارهای زیر میکروسکوپ را نیز برای کاربر فراهم می کند.
این نوع میکروسکوپ نوری باعث افزایش دید نمونه های شفاف و بی رنگ مانند سلول های زنده یا میکروارگانیزم ها می شود.
این دستگاه ها معمولاً از صفحات فازی استفاده می کنند و با تغییر فاز نور عبوری از نمونه، کنتراست ایجاد می کنند.
میکروسکوپ نوری نوع کنتراست فاز
اصل پشت میکروسکوپ نوری نوع کنتراست فاز بر این واقعیت استوار است که امواج نوری که از یک نمونه شفاف عبور می کنند، می توانند در مقایسه با محیط اطراف، کند شده یا تغییر فاز دهند.
در یک میکروسکوپ کنتراست فاز، این تغییر فاز به تفاوت در شدت نور تبدیل می شود و کنتراست را در تصویر ایجاد کرده و باعث بهتر دیده شدن می شود.
میکروسکوپ کنتراست فاز از اجزای مختلفی تشکیل شده است، از جمله:
این اجزا با هم کار می کنند تا نواحی با تداخل مخرب ایجاد کنند که در آن نوری که از نمونه عبور می کند خارج از فاز شوند و در نتیجه مناطق تاریک ایجاد می شود، در حالی که سایر مناطق روشن تر به نظر می رسند.
با تنظیم حلقه فاز میکروسکوپ، می توان تصویر را برای برجسته کردن ساختارهای سلولی مختلف، مانند هسته یا اندامک ها، افزایش داد. این قابلیت، امکان مشاهده دقیق سلول های زنده را بدون نیاز به رنگ آمیزی فراهم می کند، که می تواند رفتار سلول را تغییر دهد یا حتی سلول ها را از بین ببرد.
یک میکروسکوپ فلورسانس از رنگ های فلورسنت یا پروتئین های متصل به مولکول های خاص در نمونه استفاده می کند تا آنها نوری با رنگ های مختلف ساطع کنند. این کار، امکان تجسم ساختارها یا مولکول های خاص را در داخل سلول ها یا بافت ها فراهم می کند.
به طور معمول، فلوروفورها (مولکول های رنگی خاص) برای علامت گذاری بخش هایی از نمونه استفاده می شوند که هر فلوروفور دارای باندهای جذب در طول موج خاصی است.
میکروسکوپ فلورسانس
در تنظیمات یک میکروسکوپ نوری نوع فلورسانس، یک منبع نور و یک فیلتر برای انتخاب و جداسازی محدوده طیفی خاصی استفاده می شود.
سپس نور مجزا شده، به یک فیلتر dichroic ارسال می شود که برای انعکاس نور به سمت نمونه و انتقال نور ساطع شده به دوربین استفاده می شود.
میکروسکوپ های فلورسانس معمولی از مجموعه ای از فیلترها استفاده می کنند تا فقط محدوده طول موج ساطع شده را به دوربین یا چشمی منتقل کنند و با مسدود کردن طول موج های دیگر، کنتراست تنها برای آن محدوده طیفی باریک افزایش می یابد.
این میکروسکوپ از یک پرتو لیزر متمرکز برای اسکن نمونه استفاده می کند و در نتیجه تصاویر سه بعدی با وضوح بالا ایجاد می شود.
این نوع میکروسکوپ، برش نوری بهتری را ارائه می دهد و نور خارج از فوکوس را حذف می کند. درنتیجه، امکان تجسم نمونه ها را با جزئیات بیشتر فراهم می کند.
میکروسکوپ confocal
این میکروسکوپ از نور پلاریزه برای بررسی خواص نوری نمونه ها استفاده می کند و معمولاً برای تجزیه و تحلیل مواد معدنی، کریستال ها، الیاف و نمونه های زمین شناسی استفاده می شود.
میکروسکوپ نوری نوع پلاریزه
این میکروسکوپ ها به جای استفاده از چشمی، برای گرفتن تصاویر یا فیلم هایی از نمونه از دوربین دیجیتال استفاده می کنند که می تواند روی کامپیوتر یا صفحه نمایش نمایش داده شود و اغلب دارای نرم افزار داخلی برای آنالیز و دستکاری تصویر هستند.
نمونه ای از میکروسکوپ دیجیتال
پیشرفت‌های فناوری اکنون امکان گرفتن تصاویر دیجیتالی با دوربین های CMOS و سنسورهای بار جفت شده (CCD) برای میکروسکوپ های نوری را فراهم کرده است.
در نتیجه، می توان تصویر را به صورت آنی بر روی صفحه کامپیوتر نمایش داد و این امر راحتی استفاده را افزایش می دهد زیرا دیگر نیازی به چشمی نیست.
میکروسکوپ نوری معمولاً در بسیاری از حوزه های علمی و تحقیقاتی از جمله میکروبیولوژی، میکروالکترونیک، نانوفیزیک، بیوتکنولوژی و تحقیقات دارویی استفاده می شود.
همچنین مشاهده نمونه های بیولوژیکی با استفاده از میکروسپ های نوری برای تشخیص های پزشکی، که به عنوان هیستوپاتولوژی شناخته می شود نیز می تواند مفید باشد.
در این مقاله به توضیج دستگاه های میکروسکوپ نوری پرداختیم و انواع مختلف آنها را بیان کردیم. امیدواریم که مفید بوده باشد.
Introduction to Optical Microscopy, Book
مقالات منتشر شده در ساعاتی قبل