Что такое световая микроскопия в биологии кратко

Методы световой микроскопии

Световая, или оптическая, микроскопия — это один из основных методов исследования частиц, неразличимых человеческим глазом. Данный метод имеет широкое распространение в медицине, фармакологии, биологии, металлографии, криминалистике и других сферах.

Увеличение изображения в световом микроскопе обеспечивается системой собирательных линз, расположенных в окуляре и объективе.

Метод световой микроскопии

Предельная разрешающая способность человеческого глаза составляет около 0,1 мм. Это понятие отражает минимальное расстояние, на котором 2 соседние точки определяются как отдельные объекты. Микрочастицы, клеточные структуры и дефекты поверхности имеют размер менее 100 мкм, поэтому для их исследования требуется специальное оборудование.

Историческая справка

Первые оптические микроскопы были изобретены в XVI-XVII вв. Первым, кто заметил увеличительный эффект комбинации из нескольких линз, был венецианский врач Джироламо Фракасторо. В 1609 г. Галилео Галилей представил собственный вариант прибора с 2 стеклами: выпуклым и вогнутым. Первое устройство называлось оккиолино (occhiolino).

Практическое применение микроскопа началось с конца XVII в., когда Антони Ван Левенгук использовал собственное оптическое устройство для исследования биологических структур. Его микроскоп содержал всего одно мощное стекло, что уменьшало количество дефектов картинки.

Приборы Левенгука позволяли увеличить изображение в 275 раз и рассмотреть строение бактерий, дрожжей, эритроцитов, одноклеточных микроорганизмов и насекомых.

Популяризации микроскопии способствовала и книга английского исследователя Роберта Гука, которая вышла в 1664 г. В ней ученый ввел термин «клетка» и опубликовал гравюры некоторых микрообъектов.

В течение следующих столетий конструкция оптического микроскопа непрерывно совершенствовалась. Несмотря на то, что в первой половине XX в. были изобретены электронные приборы, которые позволяли рассмотреть нанообъекты, световой метод не теряет своей популярности. В 2006 г. группа немецких ученых разработала оптическое устройство под названием наноскоп, которое обладает разрешающей способностью 10 нм.

Подробно о принципе действия

Принцип работы оптического микроскопа основывается на прохождении прямого или отраженного луча света через систему линз.

Объектив прибора содержит до 14 стекол. При прохождении светового пучка через эту часть устройства изображение увеличивается до 100 раз, а при прохождении окуляра — в 20-24 раза. Выпуклые и вогнутые стекла позволяют сфокусировать картинку на сетчатке или приспособлениях для документирования информации.

Видимое излучение, которое создает осветительная система прибора, ограничивают несколькими диафрагмами. Это повышает четкость изображения.

Увеличивающие линзы имеют 2 дефекта. Сферическая аберрация мешает фокусировать сразу все поле исследования, а хроническая приводит к появлению яркой каймы по контуру изображения. Чтобы компенсировать дефекты, окуляр и объектив оснащаются корригирующими стеклами.

Где применяется

Методы световой микроскопии применяют в следующих областях науки и промышленности:

В целом об устройстве светового микроскопа

Оптический микроскоп состоит из следующих элементов:

Некоторые модели прибора оборудованы дополнительными объективами, системами записи и передачи информации.

Виды световых микроскопов с описанием

Особенности конструкции зависят от предназначения микроскопа. Для увеличения четкости изображения используют методы флуоресценции, люминесценции, инверсии и др.

Биологическое оборудование

Биологические приборы позволяют исследовать прозрачные или полупрозрачные объекты. Принцип их работы основан на изучении светлого поля в потоке проходящего света. Такие микроскопы применяют в лабораторной диагностике, ботанике, цитологии, микроэлектронике, археологии и пищевой промышленности.

Для повышения разрешающей способности используют иммерсионные оптические системы. В этом случае между образцом и первым стеклом вводится жидкость с высоким коэффициентом преломления (минеральное масло, раствор глицерина, дистиллированная вода и др.).

Криминалистическое оборудование

Главная особенность криминалистического микроскопа — это возможность сравнения 2 объектов. Такое исследование помогает найти сходство между компонентами взрывных устройств, гильзами, пулями, волосами, волокнами и другими уликами.

Приборы для криминалистики оснащают фото- и видеокамерами, а также программным обеспечением.

Это позволяет снизить вероятность ошибок, построить модели объектов и сравнить с данными из электронных источников.

Флуоресцентные микроскопы

Флуоресцентные, или люминесцентные, микроскопы позволяют исследовать объекты, которые испускают световой поток после облучения ультрафиолетом. Они оборудованы коротковолновым источником освещения, светофильтрами и интерференционной пластинкой.

Флуоресцентные микроскопы активно применяют в лабораторной диагностике, в частности, при изучении клеток крови и антигенов. Для анализа предметов, которые не излучают свет, используют люминесцентные красители и порошки.

Поляризационные микроскопы

Поляризационный прибор является наиболее сложным из всех представленных видов микроскопов. Его используют для исследования анизотропных материалов, полимеров, некоторых клеток и микробиологических объектов.

Источник света со специальными фильтрами формирует поляризованный поток, который облучает образец.

Оптическая система интерпретирует двойное лучепреломление среды и позволяет изучить ее структуру.

Инвертированные с перевернутым положением объектива

В инвертированном микроскопе объектив располагается не над образцом, а под предметным столиком. Такие приборы применяют в биологии, медицине, промышленности, металлографии, криминалистике и других сферах.

Перевернутое положение оптической системы позволяет изучать более крупные образцы и работать со специальной посудой.

Микроскопы для металлографии

Металлографические микроскопы предназначены для исследования поверхности непрозрачных объектов. Изображение получают путем преломления отраженного светового луча.

Предметом изучения являются микродефекты поверхности и зерна сплавов. Помимо металлургии и промышленности, такие устройства применяют в геологии и археологии. Для обеспечения четкости используют специальные системы линз и зеркал.

Стереомикроскопы (дают объемное изображение)

Стереомикроскопы оснащены 2 объективами, что позволяет получать объемное изображение исследуемого образца. По сравнению с устройствами плоского поля они дают более резкую, четкую и контрастную картинку.

Такие приборы используют в точном машиностроении, ювелирном деле и других областях промышленности.

Моновидеомикроскопы с возможностью получения видео

Видеомикроскопы предназначены для динамического наблюдения за образцом и фиксации изображения. Для повышения эффективности работы их оснащают специальными линзами, светофильтрами и адаптерами.

Разновидности методов световой микроскопии

Выбор метода оптической микроскопии определяется особенностями объектов и целью исследования.

Светлое поле в потоке проходящего света

Данный метод основан на принципе прохождения потока света через образец. Предмет частично поглощает и рассеивает попадающие на него лучи, что позволяет сформировать изображение.

Светлопольную микроскопию применяют для изучения окрашенных тканей животных и растений, тонких шлифов и др. Для прохождения светового пучка препарат должен быть прозрачным.

Косое освещение

Данный метод является разновидностью микроскопии светлого поля. Чтобы выявить рельеф и сделать изображение более контрастным, поток направляют под большим углом к образцу.

Светлое поле в отраженном свете

Светопольная микроскопия в отраженном свете позволяет исследовать поверхности непрозрачных предметов (сплавов, покрытий, руд и др.). Свет падает на образец сверху, а основная оптическая система исполняет роль объектива и конденсора.

Изображение формируется за счет того, что элементы поверхности по-разному отражают и рассеивают попадающие лучи. Травление дает возможность изучить не только дефекты, но и микроструктуру и фазовый состав образца.

Темное поле

Метод темного поля предназначен для изучения прозрачных образцов, которые не абсорбируют свет. Специальный конденсор направляет лучи так, что они формируют полый конус, в центре которого находится объектив. Таким образом, большая часть лучей не попадает в оптическую систему.

Изображение представляет собой темное поле с небольшими светлыми включениями, которые формируются за счет рассеяния света частицами препарата.

Ультрамикроскопия

Метод ультрамикроскопии является разновидностью темнопольного. Для исследования образцов используют сильные источники света, а лучи направляют перпендикулярно предметному столу. Эффект рассеяния волн позволяет обнаружить частицы менее 10 нм.

Фазовое контрастирование

Метод фазового контраста позволяет изучать прозрачные и неокрашенные образцы. При малом различии в коэффициенте преломления изображение нельзя получить ни на светлопольном, ни на темнопольном микроскопе, поскольку разница в поглощении и рассеянии света будет минимальной.

Однако при прохождении через образец волна приобретает фазовый рельеф, который фиксируется специальным объективом. В изображении он отображается как различие в яркости элементов.

Аноптральный контраст

Данная методика является подвидом фазовой микроскопии. На иммерсионную линзу наносят кольцо из сажи, которое пропускает 10% лучей и совпадает с контуром кольцевой диафрагмы конденсора. При отсутствии образца амплитуда световых волн уменьшается на 90%.

Проходя через среды разной плотности, лучи дифрагируют, в результате чего их амплитуда остается неизменной.

За счет этого поле исследования получается темным, а частицы образца — светлыми.

Поляризационный метод

Анализ анизотропных материалов проводят в свете, пропущенном через специальную фильтрующую пластинку. При прохождении через образец плоскость поляризации лучей меняется.

По разнице между начальными и конечными характеристиками волн определяют количество оптических осей, их ориентацию и др.

Интерференционная микроскопия

Интерференционный метод основан на параллельном прохождении 2 лучей через предметный столик и мимо него. В окуляре микроскопа когерентные волны соединяются и интерферируют между собой.

При прохождении через образец первый луч запаздывает по фазе, что влияет на результирующую амплитуду и яркость изображения.

Люминесценция или флуоресценция

Принцип люминесцентной микроскопии основан на том, что некоторые образцы испускают видимый свет после облучения ультрафиолетом. Перед исследованием препараты обрабатывают флуоресцирующими антисыворотками, порошками или маркерами.

Волны ультрафиолетового спектра применяют для повышения разрешающей способности микроскопа. Для изучения препаратов, которые не испускают видимый свет после воздействия УФ-лучей, используют фотокамеры и кварцевые линзы.

Источник

Светлопольная (световая) микроскопия

Современная микроскопия имеет большое количество методов, на основании которых функционируют самые различные микроскопы, сферы применения которых весьма различны. И часто возникают споры и дилеммы о том, что же лучше: световой или, как его еще называют, оптический микроскоп, либо же электронный.

Стоит сразу отметить некоторый момент – это частая путаница в понятиях таких, как электронный микроскоп и микроскоп цифровой. Именно эти понятия так часто можно увидеть, когда их употребляют в неуместном варианте.

Строение светового микроскопа

В зависимости от комплектации световые микроскопы могут быть как самыми примитивными (например, которые используются в кабинетах физики в школе), так и состоять из сложных систем современного образца.

Из чего же состоит световой микроскоп? По структуре световой микроскоп имеет такие основные части:

Объект исследования получается увеличенным именно благодаря совместному воздействию таких структур микроскопа как: окуляр, объектив и зеркало. Технические аспекты обеспечивают все остальные составляющие микроскопа.

Благодаря окуляру, который находится в верхней части микроскопа, человеческий глаз наблюдает объект. В состав окуляра входят несколько увеличительных линз, заключенных в оправу. Нижняя линза окуляра отвечает за фокусировку объекта исследования, а верхняя линза обеспечивает процесс наблюдения. Окуляры обладают сравнительно малой степенью увеличения.

Важным параметром в выборе окуляра микроскопа является вынос зрачка, расстояние между глазом и отверстием окуляра. Если специалист будет работать с микроскопом в очках, то стоит выбирать микроскоп с большим выносом, равным 10-20 мм.

Трубка в форме цилиндра, к которой крепится окуляр, называют тубусом. В верхней части тубуса расположен окуляр, а в нижней части – устройство для крепления объективов. Движение тубуса обеспечивается винтами на штативе микроскопа. Такое движение тубуса определяет возможность контролировать расстояние до объекта исследования на предметном столике.

Сравнение электронного и светового микроскопа

Цифровые микроскопы – это лишь оборудование, которое выводит получаемое изображение из оптического микроскопа на экран монитора компьютера, при помощи чего исследователь может детально рассмотреть нюансы объекта. А электронный микроскоп имеет совершенно иной метод получения изображения: через объект проходят не световые лучи, а электроны, которые, ударяясь о поверхность объекта, формируют нюансы его поверхности и структурных особенностей. Они строят геометрический образ изучаемого объекта.

Конечно же, у оптического микроскопа есть свои преимущества, а также недостатки. Однако, каждый покупатель, выбирая такое оборудование, должен отталкиваться от его потребностей, а также сферы, в которой будет работать микроскоп, от направленности лаборатории.

Если речь идет о базовых задачах микроскопа, как, например, его использование в лаборатории школы института, которое обусловливает обучающие цели, тогда, конечно же, выбор падает на оптический (световой) микроскоп. В световой микроскоп можно увидеть все, чего требует базовая школьная программа по биологии.

Естественно, что покупка для таких целей какого-либо другого типа и класса оборудования просто необоснованно. Если же речь идет о какой-либо исследовательской лаборатории, где необходимы нюансы микроскопического строения объекта, как, например, в области вирусологии, криобиологии, томографии, либо нейрохирургии или же других узкоспециализированных областей, тогда, естественно, световой микроскоп будет неуместен для использования в таких направлениях деятельности.

Что это означает: преимущества светового микроскопа? Это означает лишь одно – о преимуществах либо недостатках конкретного вида микроскопа можно говорить только опираясь на сферу, в которой он будет использоваться. Так как. Например, в школьном кабинете биологии просто нецелесообразно использование дорогого, практически недоступного электронного микроскопа, когда можно использовать дешевый световой прибор, а в научно-исследовательском институте просто недопустимо и бесполезно будет использование оптического простого микроскопа, который попросту не даст никаких результатов в конкретной научной деятельности, так как его увеличения и разрешения просто не будет хватать для такой работы.

Преимущество светового микроскопа перед электронным

Если попросить работника лаборатории «определи преимущество использования световой микроскопии перед электронной», то даже начинающий исследователь сможет назвать основные плюсы работы с таким видом оборудования.

Источник

Конспект Методы клеточной биологии. Микроскопия

Световая микроскопия

Световой микроскоп – прибор для рассмотрения объектов. Он представляет собой оптическую систему, состоящую из следующих элементов:

Принцип работы светового микроскопа

Пучок света от источника освещения собирается в конденсаторе и направляется на объект. Прошедшие сквозь объект лучи света попадают в систему линз объектива. Таким образом строится первичное изображение, которое увеличивается линзами окуляра.

Объектив является главным элементом оптической системы микроскопа, который определяет возможности прибора. В современных микроскопах используются сменные объективы, позволяющие изучать клетки при разной степени увеличения.
Важнейшая характеристика микроскопа – разрешающая способность. Разрешающая способность объектива –это минимальное расстояние между двумя точками, которые видны раздельно; вычисляется по формуле:

λ – длина волны света, используемого для освещения объекта, n – коэффициент преломления среды, α – угол между оптической осью объектива и наиболее отклоняющимся лучом, попадающим в объектив.

Из формулы следует:

При использовании источников освещения в видимой области спектра (400-700 нм), максимальное разрешение микроскопа не превышает 200-350 нм (0,2-0,35 мкм).

При использовании источников освещения ультрафиолетовой области спектра (260-280 нм), максимальное разрешение микроскопа не превышает 130-140 нм (0,13-0,14 мкм), что является пределом теоретического разрешения светового микроскопа, которое определяется волновой природой света.

Таким образом, световой микроскоп увеличивает разрешающую способность глаза в 1000 раз (разрешающая способность невооруженного глаза приблизительно 0,1 мм).

Метод «темного поля» (ультрамикроскопия)

Метод ультрамикроскопии позволяет увидеть объекты величиной менее 0,2 мкм. Метод основан на эффекте Тиндаля: при боковом освещении в клетке светятся мельчайшие частицы, от которых отраженный свет попадает в объектив микроскопа. Ультрамикроскопия успешно используется для изучения живых клеток.

Метод фазово-контрастной микроскопии

Большинство компонентов клетки мало отличаются по коэффициентам преломления и поглощения от среды (вода, тканевый раствор) и друг от друга, поэтому они мало контрастны и плохо различимы при рассмотрении клетки в проходящем свете. Для исследования клеточных структур меняют освещенность, жертвуя четкостью изображения, а также используют специальные приборы и методы.

Среди этих методов – фазово-контрастная микроскопия. Метод основан на различии (хоть и небольшом) в плотности и светопреломлении клеточных компонентов. Свет, проходя сквозь них, изменяет фазу, что неуловимо человеческим глазом, так как глаз чувствителен только к изменению интенсивности. Изменение фазы преобразовывается в изменение интенсивности (яркости), зависящей от амплитуды волны. В объектив фазово-контрастного микроскопа встроена специальная пластинка, проходя через которую луч света испытывает дополнительный сдвиг фазы колебаний. При построении изображения происходит взаимодействие лучей, находящихся в одной фазе либо в противофазе, но обладающих разной амплитудой. Таким образом, создается светло-темное контрастное изображение объекта.

Интерференционная микроскопия

В интерференционном микроскопе пучок параллельных световых лучей от источника разделяется на два потока: один проходит через объект и меняет фазу колебания, другой идет мимо объекта. В объективе два потока соединяются и интерферируют между собой. В результате интерференции образуется изображение, на котором компоненты клетки в зависимости от плотности имеют разную контрастность.

Поляризационная микроскопия

Поляризационный микроскоп позволяет исследовать объекты, обладающие изотропией – упорядоченной ориентацией субмикроскопических частиц (миофибриллы, волокна веретена деления). В оптическую систему такого микроскопа входят поляризатор и анализатор, представляющие собой призмы, которые пропускают световые волны с определенной плоскостью поляризации. Помещенный между призмами объект, который обладает двойным лучепреломлением, будет виден как светящийся на темном поле.

Электронная микроскопия

Электронная микроскопия – это метод изучения структур, которые находятся вне пределов видимости светового микроскопа (размеры объектов меньше 1 мк).

В отличие от свтеового микроскопа, в электронном вместо светового луча используется поток электроннов, а вместо линз – магниты (магнитные линзы).

Различные участки объекта по-разному задерживают электроны, и на экране электронного микроскопа образуется черно-белое изображение объекта, увеличенное в сотни тысяч раз.

Источник

Методы световой микроскопии

Для изучения микрообразцов используются разные методы исследований и разные микроскопы. Выделяют два направления микроскопии: световую и электронную. Каждое из них использует свои методы, отличается собственными минусами и плюсами. Световая (оптическая) микроскопия ограничена по разрешению и увеличению получаемой картинки, но более проста в использовании и не требует дорогого оборудования. Электронная микроскопия требует серьезных профессиональных знаний и умений, нуждается в сложном и дорогостоящем оборудовании, но зато обеспечивает непревзойденную детализацию и высочайшее увеличение изображения. Важный момент – электронная микроскопия не позволяет наблюдать живые клетки.

Чтобы показать, насколько велика разница в разрешении, отметим, что метод световой микроскопии используют для изучения объектов размером максимум до 400 нм, а метод электронной микроскопии – до 1 нм (1 нм = 10−9 м = 10−6 мм). Для любительского или базового профессионального уровня возможностей световых методов вполне достаточно, а вот серьезные исследования проводятся уже при помощи электронных.

Виды световой микроскопии

Световая микроскопия использует следующие методы: светлого поля, темного поля, фазового контраста, люминесценции (флуоресценции), интерференции, поляризации и некоторые другие. Наиболее популярный метод – светлого поля. Методы могут применяться для изучения образцов в проходящем или отраженном свете или с использованием косого освещения. Выбор метода зависит от наблюдаемого образца и целей, которые ставит перед собой исследователь.

С помощью световой микроскопии можно различить структуры твердых металлов и кристаллов, рассмотреть биологические образцы, определить размеры зерен, провести анализ порошков и суспензий, изучить шлифы и руды. Световая микроскопия идеальна для изучения живых организмов, многие методы позволяют наблюдать их движение и даже рост. Даже при помощи простого детского светового микроскопа можно наблюдать за ростом морского рачка (артемии) или простейших. Световой микроскоп – это и возможность детально изучить клетку. Используя методы световой микроскопии в растительной клетке можно различить вакуоль и клеточную стенку.

В нашем интернет-магазине представлено множество микроскопов для световой микроскопии. У нас вы найдете любительскую модель для дома, продвинутый микроскоп для учебы и профессиональный оптический инструмент для работы. Мы работаем с разными брендами и всегда готовы помочь с выбором. Наши менеджеры консультируют по телефону или электронной почте.

Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.

Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.

Источник

Презентация на тему: «Световая Микроскопия»

Описание презентации по отдельным слайдам:

Презентация на тему: «Световая микроскопия». Выполнила: студентка 1 курса группы МПБО-18-1 Свитова Дарья Ульяновск– 2019

Определение: Световая микроскопия – это система методов, которые используют различные оптические эффекты для достоверного отображения результатов. http://fb.ru/article/271869/mikroskopiya—eto-chto-takoe

1.Комплект окуляров 2. Бинокулярная насадка. 3.Револьверное устройство 4.Комплект объективов 5.Штатив 6.Предметный столик 7.Конденсор 8.Основание. Рисунок 2 – Составные части светового микроскопа. Примечание: (http://qwerty96.ru/optics/microscopes/bresser_national_geographic_40_640x_s_adapterom_dlya_smartfona/?viewmode=list&page=3)

Функции: Световая микроскопия обеспечивает: увеличение до 2-3 тысяч раз цветное и подвижное изображение живого объекта возможность микрокиносъемки и длительного наблюдения одного и того же объекта и оценку его динамики и химизма.

Метод светлого поля и его разновидности: Метод светлого поля в проходящем свете. Метод косого освещения. Метод светлого поля в отражённом свете. Рисунок 3 – Пенициллин, исследования методом светлого поля. (https://opticalmarket.com.ua/mikroskop_konus_infinity_3.html)

Применение: В лабораторных биологических и медицинских исследованиях, на различных производствах для получения увеличенных изображений объектов во время проведения рабочих операций, в научных и промышленных лабораториях и т.д.

Достоинства и недостатки: Достоинства: получение цветного и подвижного изображения движущегося объекта; возможность делать микрокиносъёмку; долгое наблюдение за одним и тем же объектом; возможность оценивать динамику и химизм элементов. Недостатки: Высокая разрешающая способность электронного микроскопа позволяет наблюдать объекты, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности светового микроскопа.

Источники: http://fb.ru/article/271869/mikroskopiya—eto-chto-takoe https://micromed.pro/articles/klassifikatciya-svetovih-mikrosk.html http://www.studmed.ru/docs/document1462/content http://mirznanii.com/a/9747/svetovaya-mikroskopiya http://elektronnaia-mikroskopia-spermatozoidov.ru/preimushhestvo-svetovoj-mikroskopii-pered-elektronnoj.html

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс повышения квалификации

Современные педтехнологии в деятельности учителя

Курс повышения квалификации

Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Световая микроскопия обеспечивает увеличение до 2-3 тысяч раз, цветное и подвижное изображение живого объекта, возможность микрокиносъемки и длительного наблюдения одного и того же объекта, оценку его динамики и химизма.

Увеличение микроскопа определяется как произведение увеличения объектива на увеличение окуляра. У типичных исследовательских микроскопов увеличение окуляра равно 10, а увеличение объективов – 10, 45 и 100. Соответственно, увеличение такого микроскопа составляет от 100 до 1000. Некоторые из микроскопов имеют увеличение до 2000. Еще более высокое увеличение не имеет смысла, так как при этом разрешающая способность не улучшается. Напротив, качество изображения ухудшается.

Методы световой микроскопии

Методы световой микроскопии (освещения и наблюдения). Методы микроскопии выбираются (и обеспечиваются конструктивно) в зависимости от характера и свойств изучаемых объектов, так как последние, как отмечалось выше, влияют на контрастность изображения.

Источник