Mūsdienu mikroskopa koncepcijas pielietojums mikroskopiskās pasaules novērošanā
Kopš seniem laikiem līdz mūsdienām cilvēki ir dzenušies pēc augstākām un tālākām patiesībām. No okeāna ceļojumiem līdz kosmosa izpētei cilvēki viens pēc otra ir iekarojuši lielus mērķus. Tomēr makroskopiskā pasaule, ko cilvēki redz ar neapbruņotu aci, nav visa pasaule, un cilvēka acs to nevar skaidri redzēt. Tas arī piesaista neskaitāmus cilvēkus, ko izpētīt un meklēt.
Neatkarīgi no makroskopiskām vai mikroskopiskām lietām mūsu novērojumi ir balstīti uz trīsdimensiju telpas, tas ir, XYZ trīsdimensiju, atribūtiem, un lietu formas izmaiņu novērošanai ir jāievieš vēl viens mērīšanas faktors - laiks T, tāpēc vispilnīgākais veids, kā novērot lietas, ir vienlaicīga XYZT ierakstīšana, tas ir, formas un laika ilgstoša fotografēšana, arī ir mikroskopa galvenā funkcija.
Pēc vairāk nekā 300 gadu ilgas attīstības mūsdienu mikroskopi ir ierosinājuši tādus jēdzienus kā izšķirtspēja, lauka dziļums un redzes lauks, kā arī nepārtraukti piedāvājuši risinājumus. Mikroskopi sākotnēji ir apmierinājuši mūsu vajadzības pēc mikroskopiskās pasaules novērošanas un palīdzējuši mums reģistrēt mikroskopiskās pasaules telpu un laiku.
Vissvarīgākais mikroskopiskajā pasaules novērošanā ir detaļu izšķirtspēja, un no tā radās izšķirtspējas jēdziens. Izšķirtspēja attiecas uz minimālo attālumu starp diviem punktiem, ko var atšķirt cilvēka acs, un tā ir derīga tikai XY dimensijā. Saskaņā ar Reilija kritēriju, Rayleigh kritēriju, robeža, ko parasti cilvēki var atšķirt, ir divi punkti 0,2 mm 25 cm attālumā. Izmantojot mikroskopu, mēs varam redzēt divus punktus mazākā attālumā, kas uzlabo mūsu novērojuma izšķirtspēju. Nepārtraukti padziļinoties mūsdienu pētījumiem, nemitīgi pieaug arī cilvēku prasības pēc izšķirtspējas, un arī zinātnieki nemitīgi uzlabo mikroskopu izšķirtspēju. Piemēram, elektronu mikroskopi ir palielinājuši izšķirtspēju līdz nanometru līmenim, ļaujot novērot vīrusus. Īpaši augstas mikroskopiskās attēlveidošanas tehnoloģija uzlabo mikroskopa izšķirtspēju no 200 nanometriem līdz desmitiem nanometru, realizējot dzīvo šūnu organellu novērošanu.
Izšķirtspējas uzlabošana rada arī jaunas problēmas, tas ir, redzes lauka un lauka dziļuma samazināšanos. Izmantojot parasto centrālā apgaismojuma metodi (fotopiskā apgaismojuma metode, kas liek gaismai vienmērīgi iziet cauri paraugam), mikroskopa izšķirtspējas attālums ir d=0,61 λ/NA, redzamās gaismas viļņu garuma diapazons ir { {2}}nm, vidējais viļņa garums ir 550 nm, un viļņa garums ir fiksēta konstante. Tāpēc, palielinot NA vērtību, var iegūt mazāku D vērtību, tas ir, attālumu starp diviem punktiem, kurus var atšķirt Mazāku, ļaujot cilvēkiem skaidri redzēt mazākus objektus.
NA vērtība ir skaitliskā apertūra, kas raksturo objektīva gaismas uztveršanas konusa leņķa izmēru, NA=n * sin , tas ir, laušanas koeficienta (n) reizinājums vidē starp objektīvu un pārbaudāmais objekts un atvēruma leņķa puses sinuss (2 ). n ir gaismas laušanas koeficients vidē starp objektīvu un paraugu. Ja mikroskopa objekta telpas vide ir gaiss, laušanas koeficients n=1. Izmantojot barotni ar augstāku refrakcijas koeficientu nekā gaiss, var ievērojami palielināt NA vērtību. Ūdens iegremdēšanas vide ir destilēts ūdens, un laušanas koeficients ir 1,33; eļļas imersijas objektīva vide ir ciedra eļļa vai citas caurspīdīgas eļļas, un tās laušanas koeficients parasti ir aptuveni 1,52, kas ir tuvu lēcas un priekšmetstikliņa laušanas koeficientam. Tāpēc eļļas lēcas NA vērtība ir augstāka nekā gaisa lēcai.
Diafragmas leņķis, kas pazīstams arī kā "spoguļa mutes leņķis", ir leņķis, ko veido objekta punkts uz objektīva optiskās ass un objektīva priekšējās lēcas efektīvais diametrs. Spoguļa mutes leņķa palielināšana var palielināt sinusa vērtību, un tā faktiskā augšējā robeža ir aptuveni 72 grādi (sinusa vērtība ir 0,95), reizinot ar ciedra eļļas refrakcijas indeksu 1,52, var iegūt, ka maksimālā NA vērtība ir aptuveni 1,45, un, aizvietojot izšķirtspējas aprēķina formulu, var iegūt, ka parastā mikroskopa XY plaknes izšķirtspēja ir aptuveni 0,2 um.
NA vērtība tieši ietekmē arī mikroskopa redzes lauka spilgtumu (B). No formulas B∝NA2/M2 varam secināt, ka spilgtums palielinās, palielinoties skaitliskajai apertūrai (NA) vai samazinoties objektīva palielinājumam (M).
Teorētiski mums ir jātiecas pēc augstākās iespējamās NA vērtības, lai iegūtu labāku XY plaknes izšķirtspēju un redzes lauka spilgtumu. Tomēr visam ir divas puses. XY plaknes izšķirtspējas uzlabošana samazinās Z ass lauka dziļumu un novērošanas redzes lauku.
Mikroskopi parasti skata skatu vertikāli uz leju. Ja var skaidri redzēt izliekto stāvokli un ieliekto stāvokli uz objekta virsmas, kas novērots redzes lauka diametrā, tad augstuma starpība starp izliekto punktu un ieliekto punktu ir lauka dziļums. Nu, mikroskopiem, jo lielāks lauka dziļums, jo labāk. Jo lielāks lauka dziļums, jo labākus un trīsdimensiju skaidrības attēlus var iegūt, novērojot nelīdzenu objektu virsmu. Lielais lauka dziļums palīdz mums novērot mikroskopisko pasauli vertikālā virzienā. Tas ir, Z-ass informācija XYZ trīsdimensiju formā.
Lauka dziļums ir priekšējās un aizmugurējās telpas dziļums, kas atbilst skaidram attēlam attēla plaknē: dtot=(λ*n)/NA plus n/(M∗NA) * e, dtot: lauka dziļums , NA: skaitliskā apertūra, M: kopējais palielinājums, λ: gaismas viļņa garums, (parasti λ=0.55um), n: vides refrakcijas indekss starp paraugu un objektīvu (gaiss: n{{3). }}, eļļa: n=1.52) Saskaņā ar šo formulu mēs varam zināt, ka Z ass lauka dziļums ir apgriezti proporcionāls XY plaknes NA vērtībai.
Papildus lauka dziļumam redzes lauku ietekmē arī NA vērtība. Telpiskais diapazons, ko var redzēt, kad instruments nekustīgi skatās uz punktu, ir redzes lauks. Tās aprēķins ir tieši saistīts ar objektīva palielinājumu. Novērojot redzamā redzes lauka faktiskais diametrs ir vienāds ar redzes lauka diametru, kas dalīts ar objektīva palielinājumu, okulārs norādīs atbilstošo redzes lauku, piemēram, 10/18, tas ir, palielinājums ir 10 reizes, un redzes lauka diametrs ir 18 mm. Tāpēc, kad tiek noteikts okulārs, jo lielāks palielinājums, jo mazāks ir novērotais redzes lauks.
XY plaknes izšķirtspēja ir vietējo detaļu analīze, un redzes lauks nosaka mūsu parauga novērošanas diapazonu. Jo lielāks ir redzes lauks, jo labāk, bet pašreizējās tehnoloģijas ierobežotā veidā, lai iegūtu labas NA vērtības, ir jāizmanto lieljaudas objektīva lēcas, tāpēc redzes lauka un NA vērtībām ir netieša negatīva korelācija.
