Сравнение электронного и светового микроскопов

Световая и электронная микроскопия

Микроскоп — устройство, которое позволяет видеть увеличенное изображение объектов и структур, которые не видны глазу человека. В медико-биологических исследованиях используются световые и электронные методы микроскопии. Микроскопы, основанные на световой технологии, позволяют увеличивать объекты от 0.5 микрометров с разрешением объектов до 0.1 микрометра больше чем в 1500 раз. Микроскопы, основанные на электронной технологии — до 20 000 раз.
Технология световой микроскопии базируется на фундаментальных законах оптики, а так же на волновой теории в образовании изображений. Для освещения используют естественный, либо искусственный источники света. Первые простые микроскопы появились еще в 17-м веке. Более высоких успехов в их разработке смог добиться ученый из Голландии, А. Левенгук. В период с 1609 по 1610 гг. Г. Галилеем был построен более сложный микроскоп. В 1846 г. немецкий инженер-механик К. Цейсе открыл свою мастерскую и, примерно через год, начал изготавливать микроскопы. Цейс в своей фирме успешно использовал научные открытия профессора по физике Эрнста Аббе, который позже становится полноправным компаньоном Цейса. Теоретические и практические работы Э. Аббе, О. Шотта и А. Келера определили направления в развитии и принципы строения оптических систем в современных микроскопах.

Электронная микроскопия

Технология электронной микроскопии позволяет получать электронно-оптическое изображение при помощи потока электронов. Построение изображений базируется на фундаментальных законах волновой и геометрической оптики, а так же теории электромагнитного поля. Технология электронной микроскопии дает возможности для исследования объектов, у которых размеры лежат за пределами разрешающих возможностей светового микроскопа, а именно – объекты, менее 0.2 микрометров, и находит свое применение в изучении вирусов, бактериофагов, тонкого клеточного строения и других микрообъектов. Также такие микроскопы с успехом применяются для изучения макромолекулярных структур.
Очень важно не путать электронный микроскоп и цифровой микроскоп. В последнее время многие ошибочно называют цифровые usb микроскопы – электронными микроскопами. На самом же деле, это не так. Микроскоп с электронной технологией появился в конце 30-х годов. Серийным запуском электронных микроскопов занялась фирма немецкого происхождения «SIEMENS». В 1940 году в ГОИ имени С. И. Вавилова, находящимся в Ленинграде, создали первый отечественный микроскоп с электронной технологией, увеличительные способности которого достигали 10000 крат. Микроскопы с электронной технологией используются, в основном, в научно-исследовательских лабораторных комплексах, для серьезных научных разработок. Минимальная стоимость таких изделий начинается примерно с двух-трех миллионов рублей.

Многие прекрасно помнят ощущения, которые возникали после уроков биологии и изучения под микроскопом всякой микроскопической живности. Получив порцию новых впечатлений, некоторые люди решают обзавестись собственным микроскопом.

Ручные офтальмоскопы используются для диагностики заболеваний глазного дна.

Коротко про микроскоп

Микроскоп (от греч. микрос — маленький и скопео — смотрю) — прибор, позволяющий получать увеличенное изображение объектов и структур, недоступных глазу человека.
В практике медико-биологических исследований применяются методы световой и электронной микроскопии.
Световые микроскопы могут увеличивать объект размером от 0,5 мкм с разрешением элементов объекта до 0,1 мкм более чем в 1500 раз, а электронные микроскопы — в 20 000 раз.

Световая микроскопия основывается на законах геометрической оптики и волновой теории образования изображения, в качестве освещения используются естественный или искусственные источники света.

Вехи истории:

Простые микроскопы появились в XVII в. Больших успехов в их изготовлении добился голландский ученый А. Левенгук.

В 1609-1610 гг. сложный микроскоп был построен Г. Галилеем (1564-1642).

В 1846 г. немецкий механик Карл Цейсе (1816-1888) открыл мастерскую и через год приступил к изготовлению микроскопов. Карл Цейсе успешно использовал в деятельности своей фирмы открытия профессора физики Эрнста Аббе, который впоследствии становится его полноправным компаньоном.

Теоретические и практические работы Эрнста Аббе (1840—1905), Отто Шотта (1851-1935) и Августа Келера (1866-1948) определили направление развития и принципы построения оптических систем современных микроскопов.

Электронная микроскопия обеспечивает получение электронно-оптического изображения с помощью потока электронов. Построение изображения основывается на законах геометрической и волновой оптики, а также теории электромагнитных полей. Электронная микроскопия делает возможным исследование объектов, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности светового микроскопа (менее 0,2 мкм), и находит применение для изучения вирусов, бактериофагов, тонкого строения клеток микроорганизмов и других субмикроскопических объектов, а также макромолекулярных структур.
Электронный микроскоп появился в конце 30-х годов. В эти годы к серийному выпуску электронных микроскопов приступила немецкая фирма SIEMENS. В 1940 г. в ГОИ им. С. И. Вавилова (Ленинград) был создан первый отечественный электронный микроскоп с увеличением до 10 000 х и разрешением порядка 400 А.
Электронные микроскопы в основном используются в научно-исследовательских лабораториях и стоимость их начинается от двух-трех миллионов рублей.

Читайте также:  Сдать анализы на паразитов - Анализы ФНКЦ ФМБА России

Недостатки световой микроскопии перед электронной. Принцип действия электронного микроскопа. Ограничения электронного микроскопа

Сравнение электронного и светового микроскопов

Рис. 11. Электронный микроскоп

Принцип ЭМ. В качестве источника электронных лучей применяют электронную пушку, основой которой служит вольфрамовая нить, нагретая электрическим током (рис. 12). Электронные лучи обладают малой длиной волны. Прохождение электронных лучей в вакууме через электромагнитные поля, создаваемые электромагнитными линзами, концентрирует и направляет электронный поток. Это обеспечивает резкое повышение разрешающей способности электронного микроскопа до 0,2 нм и увеличение до 10 9 .

Многие сенсорные ощущения атомного силового микроскопа

В этом режиме измерения можно, среди прочего, изучить явление трения в наименьшем масштабе. Пока еще далеко не ясно, что происходит на атомном и молекулярном уровне, например, когда автомобильная шина скользит по дороге. Однако контактный режим также имеет недостатки: как зонд, так и образец могут быть повреждены. Кроме того, невозможно таким образом ощущать отдельные атомы, поскольку контактная поверхность образца и зонда обычно состоит из многих атомов.

Обнаружение одиночных атомов в «бесконтактном режиме»

Одним из решений этой проблемы было развитие динамического атомно-силового микроскопа. В этом микроскопе кантилевер вибрирует с помощью зонда. Когда вибрирующий зонд приближается к образцу, частота колебаний кантилевера изменяется. Это происходит, даже если зонд все еще вибрирует над образцом, поэтому он не касается. Зонд снова удаляется с поверхности образца в каждой точке измерения до тех пор, пока не будет установлена ​​постоянная частота колебаний.

В трансмиссионных (просвечивающих) электронных микроскопах электроны проходят через образец, затем собираются и фокусируются электромагнитными линзами. Электроны невидимы для глаза, в связи с этим они направляются на флюоресцентный экран, который воспроизводит видимое плоскостное изображение, или на фотоплёнку, чтобы получить постоянный снимок (электронную микрофотографию).

Подобно сканирующему туннельному микроскопу, атомный силовой микроскоп также способен измерять не только топографию поверхности, но и различные свойства материала: магнетизм, электропроводность, механическую твердость, эластичность или адгезию и многое другое.

Магнитная сила микроскопа

В частности, для изучения эластичности и адгезии материала используется так называемый «режим нарезания резьбы», в котором вибрационный зонд слегка касается поверхности с каждым колебанием.

Магнитный силовой микроскоп представляет собой атомно-силовой микроскоп с магнитным зондом. При таком расположении могут быть обнаружены магнитные поля размером менее десятитысячной миллиметра. Отдельные атомы не могут быть обнаружены магнитным силовым микроскопом, потому что магнитные силы имеют слишком большой диапазон.

Проходя через объект, части которого имеют различную толщину, электроны больше или меньше задерживаются, а объект приобретает контрастность. Создаёт изображение только та часть электронов, которая проходит через объект и попадает на экран микроскопа. Участки клеток, слабо рассеивающие электроны, выглядят на экране светлыми, а участки, сильно рассеивающие электроны, – тёмными (рис. 13).

Поэтому магнитный зонд в основном воспринимает несколько атомов одновременно. Поскольку токопроводящие электрические линии окружены магнитным полем, также предпринимается попытка использовать магнитный силовой микроскоп для измерения токов на крошечных проводниках компьютерных микросхем.

Сетка емкость микроскопа

Сканирующий емкостной микроскоп измеряет распределение электрических зарядов. На самом деле это что-то вроде самого конденсатора. Электродами конденсатора являются, с одной стороны, наконечник зонда, а с другой стороны — образец. Микроскопы сканирующей емкости приобретают все большее значение, прежде всего для индустрии чипов. На компьютерах современных компьютеров несколько миллионов транзисторов можно найти на площади около одного квадратного сантиметра. Микроскоп с растровой емкостью не только делает эти крошечные электронные компоненты видимыми, но и смотрит на них.

В сканирующих электронных микроскопах пучок электронов фокусируется в тонком зонде и им сканируют образец, а отраженные от поверхности образца электроны собираются и формируют на экране объёмное изображение (рис. 14-17). При сканирующей электронной микроскопии изучают поверхность различных объектов, напыляя на них в вакуумной камере электронно-плотные вещества, и исследуют реплики, повторяющие контуры образца.

Атомно-силовые микроскопы как инструмент

Транзистор состоит из разных областей с различными электронными свойствами. Сканирующий емкостной микроскоп может ощущать эти свойства материала с точностью более одной десятитысячной миллиметра. Атомно-силовой микроскоп также предлагает совершенно новые возможности для химии и биологии: можно присоединить отдельные молекулы между поверхностью и зондом атомно-силового микроскопа. Силовой микроскоп можно использовать для определения силы, необходимой для разрыва молекулы. Такой эксперимент позволяет измерять химическую энергию связи на одной молекуле.

Читайте также:  Лечение насморка с зелеными выделениями из носа у детей и взрослых – как быстро вылечить в домашних

Рис.13. ВИЧ в трансмиссионном электронном микроскопе

Рис. 14. ВИЧ

Атомные силовые микроскопы также служат в качестве инструмента для записи. Вы можете вырезать мельчайшие структуры на поверхность. Для записи зондов нагревают, чтобы расплавить небольшой паз в памяти данных. Для считывания данных используется тот факт, что слегка нагретый зонд быстрее теряет тепло в таком «отверстии данных», чем снаружи.

Краткое введение в микроскопию. Целью микроскопии является представление структур и деталей, которые слишком малы для разрешения человеческого глаза. Существуют различные типы микроскопии. Световая микроскопия: при световой микроскопии свет поглощается, дифрагируется, преломляется или отражается объектом. По меньшей мере две системы линз затем приводят к увеличенному изображению. Разрешение зависит от длины волны света.

Рис. 15. Trichomonas vaginalis в сканирующем электронном микроскопе

Рис. 16. Staphylococcus aureus в сканирующем электронном микроскопе

Рис. 17. Макрофаги и фагоцитируемые ими

Флуоресцентная микроскопия: флуоресцентная микроскопия является частью световой микроскопии. Флуоресцентное вещество в образце возбуждается, чтобы испускать свет соответствующей длины волны. Люминесцентные красители излучают свет. Испускаемый свет всегда длиннее длины волны, чем стимулирующий свет. В пучке луч света флуоресцентный свет может быть отделен от возбуждающего света оптическими фильтрами, а затем направлен в окуляр или в камеру. Предел разрешения флуоресцентного микроскопа может быть намного ниже предела разрешения светового микроскопа, благодаря чему внутриклеточные структуры могут быть локализованы очень точно.

E. coli в сканирующем электронном микроскопе

Преимущества электронной микроскопии:

· высокая разрешающая способность электронного микроскопа позволяет наблюдать объекты, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности светового микроскопа. По этой причине ЭМ применяется для изучения ультраструктур микроорганизмов и макромолекулярных структур;

Процессы в живых клетках могут быть изучены очень хорошо. Конфокальная микроскопия. Это специальная форма световой или флуоресцентной микроскопии, в которой тонкие оптические секции собраны в трехмерное изображение. Поскольку все разрезы визуально «острые», создается тщательно сфокусированное трехмерное изображение.

Электронная микроскопия. Электронная микроскопия использует электронные пучки вместо света. Поскольку они имеют значительно более короткую длину волны, чем видимый свет, достигается более высокое разрешение. Существуют различные методы электронной микроскопии.

· сочетание ЭМ с другими методами позволяет проводить электронно-радиоавтографические, электронно-гистохимические, электронно-иммунологические исследования. ЭМ нашла широкое применение в морфологии, микробиологии, вирусологии, иммунологии, генетике, биохимии, онкологии.

Сравнение электронного и светового микроскопов — понятие и виды. Классификация и особенности категории «Сравнение электронного и светового микроскопов» 2014, 2015.

Передаточная электронная микроскопия: здесь тонкий объект облучается электронами. Это соответствует проходящей световой микроскопии, в которой поглощение в основном играет роль. В настоящее время разрешение составляет около 0, 05 нм. Сканирующая электронная микроскопия, сканирующая электронная микроскопия: электронный луч направляется по образцу, осажденному золотом, по определенной схеме. Вторичные электроны, испускаемые с поверхности объекта, измеряются и преобразуются в оптическое изображение.

Для достижения невозмущенного электронного пучка измерение проводят в высоком вакууме. Атомно-силовая микроскопия, атомно-силовая микроскопия: этот метод используется для поверхностного изображения. С прикрепленной к листовой пружине «атомной» иглой образец сканируется в определенной сетке. Атомные силы удерживают расстояние до поверхности постоянной. Отклонение листовой пружины регистрируется отражением лазерного излучения с помощью оптических датчиков и отображается линейно.

Микроскоп — устройство, которое позволяет видеть увеличенное изображение объектов и структур, которые не видны глазу человека. В медико-биологических исследованиях используются световые и электронные методы микроскопии. , основанные на световой технологии, позволяют увеличивать объекты от 0.5 микрометров с разрешением объектов до 0.1 микрометра больше чем в 1500 раз. Микроскопы, основанные на электронной технологии — до 20 000 раз.
Технология световой микроскопии базируется на фундаментальных законах оптики, а так же на волновой теории в образовании изображений. Для освещения используют естественный, либо искусственный источники света. Первые простые микроскопы появились еще в 17-м веке. Более высоких успехов в их разработке смог добиться ученый из Голландии, А. Левенгук. В период с 1609 по 1610 гг. Г. Галилеем был построен более сложный микроскоп. В 1846 г. немецкий инженер-механик К. Цейсе открыл свою мастерскую и, примерно через год, начал изготавливать микроскопы. Цейс в своей фирме успешно использовал научные открытия профессора по физике Эрнста Аббе, который позже становится полноправным компаньоном Цейса. Теоретические и практические работы Э. Аббе, О. Шотта и А. Келера определили направления в развитии и принципы строения оптических систем в современных микроскопах.

Читайте также:  Когда добавлять желатин в холодец Холодец с желатином - рецепт

Сканирующая туннельная микроскопия. При сканирующей туннельной микроскопии поверхности отображаются путем измерения тока между электропроводящим наконечником и одинаково проводящим образцом. Неэлектрически проводящие образцы должны быть осаждены на паровой основе с помощью золота, графита или хрома.

Опять же, наконечник ориентируется по объекту в определенной сетке. В классической фотонной микроскопии ткань должна быть тонко разрезана для исследования, а чем тоньше она, тем резче изображение; но с этим методом трехмерная информация теряется во время разреза. Если толстый образец наблюдается под фотонным микроскопом, фокусируемое изображение загрязняется суперпозицией элементов ткани, которые находятся вне фокуса, как выше, так и ниже фокусированной плоскости; сфокусированное изображение ухудшается из-за размытых или несфокусированных перекрывающихся структур.

Электронная микроскопия

Технология электронной микроскопии позволяет получать электронно-оптическое изображение при помощи потока электронов. Построение изображений базируется на фундаментальных законах волновой и геометрической оптики, а так же теории электромагнитного поля. Технология электронной микроскопии дает возможности для исследования объектов, у которых размеры лежат за пределами разрешающих возможностей светового микроскопа, а именно — объекты, менее 0.2 микрометров, и находит свое применение в изучении вирусов, бактериофагов, тонкого клеточного строения и других микрообъектов. Также такие микроскопы с успехом применяются для изучения макромолекулярных структур.
Очень важно не путать электронный микроскоп и цифровой микроскоп. В последнее время многие ошибочно называют — электронными микроскопами. На самом же деле, это не так. Микроскоп с электронной технологией появился в конце 30-х годов. Серийным запуском электронных микроскопов занялась фирма немецкого происхождения «SIEMENS». В 1940 году в ГОИ имени С. И. Вавилова, находящимся в Ленинграде, создали первый отечественный микроскоп с электронной технологией, увеличительные способности которого достигали 10000 крат. Микроскопы с электронной технологией используются, в основном, в научно-исследовательских лабораторных комплексах, для серьезных научных разработок. Минимальная стоимость таких изделий начинается примерно с двух-трех миллионов рублей.

С помощью конфокального микроскопа эти ограничения были преодолены, поскольку это инструмент, который позволяет делать мелкие оптические срезы для образцов более или менее грубых тканей и выполнять реконструкции в трех измерениях от серийных разрезов. Его механизм, основанный на флуоресцентном микроскопе, позволяет получать изображения трехмерной архитектуры клеток и тканей.

Детали оптики конфокального микроскопа сложны и дополняются электронными и вычислительными методами, этот инструмент позволяет фокусировать только определенную плоскость образца, устраняя свет, исходящий из областей, которые не находятся в плоскости фокуса.

Микроскопы для пайки используются в тех случаях, когда необходимо выявить трещины в материнских платах, микросхемах, в теле- и радиоаппаратуре, мобильных телефонах, ювелирных изделиях. Словом, он нужен для определения мельчайших дефектов, которые не видны невооруженным глазом. Очень часто ими пользуются сервисные центры по ремонту компьютеров, цифровой техники.

Рисунок 6-25. — Сравнение двух микрофотографий клетки в митозе, контрастирующих с двойной флуоресцентной меткой, как для хромосом, так и для актина. Слева находится изображение, в котором глубина поля покрывает практически всю толщину ячейки, и, следовательно, изображение выглядит немного размытым, несмотря на то, что оно сфокусировано. Справа видно изображение, полученное с конфокальным принципом, состоящим из оптического участка ячейки, в котором захватывается флуоресценция, которая исходит исключительно из структур, находящихся в плоскости фокуса, получая более четкое изображение.

Все дети по существу своему очень любопытны, благодаря чему они всегда стремятся узнавать что-то новое. Познавая мир, проявляя живой интерес ко всему окружающему, ребенок активно растет и всесторонне развивается. Маленькие «почемучки» желают знать все: «почему муравьи маленькие», «какие капельки водички», «почему жужжит пчела» и еще тысячу разных «почему».

Взято из лазерной сканирующей конфокальной микроскопии. Группа технологий обработки изображений. Этот микроскоп очень успешный в научном мире благодаря высокому качеству изображений, которые он предоставляет от образцов, приготовленных с использованием обычных лабораторных методов флуоресцентной микроскопии и, конечно, растущего числа применений.

Преимущества конфокального микроскопа. Использование флуоресценции. Фокусируется только на одной плоскости образца. Он устраняет информацию, поступающую из других несфокусированных плоскостей образца. Получение последовательных оптических разрезов из образцов с определенной толщиной или чей тонкий срез затруднен.

Ссылка на основную публикацию
Список страховых компаний в системе обязательного медицинского страхования (ОМС) — ГУЗ ТО Тульская о
Клиника на Госпитальной 10 ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ СРОЧНАЯ ПОМОЩЬ ПРИ ПСИХИЧЕСКИХ РАССТРОЙСТВАХ, ПСИХОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМАХ И ПРИ ЗАВИСИМОСТЯХ Выезд врача на дом и...
Сосудистая (васкулярная) деменция что это за болезнь, причины, симптомы и лечение
Подкорковая сосудистая деменция причина смерти Подкорковая деменция Деменция представляет собой заболевание, характеризующееся снижением познавательных навыков, без возможности приобретения новых. Подкорковая...
Сосудистая деменция — Заболевания головного и спинного мозга и нервной системы — Справочник MSD Верс
Лакунарный инсульт (ишемический): что это такое, причины и симптомы, лечение и прогнозы О строе нарушение мозгового кровообращения имеет множество разновидностей....
Спленомегалия — причины, симптомы, диагностика и лечение
Незначительная спленомегалия КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИНЦИПЫ ДИАГНОСТИКИ ЛИМФОМ СЕЛЕЗЕНКИ Благодаря широкому использованию методов лучевой диагностики клиницисты все чаще сталкиваются с изолированной...
Adblock detector