Zemu izmaksu fluorescences un spilgta lauka mikroskopu dizains
1. darbība: fluorescences mikroskopijas pārskats
Lai saprastu fluorescences mikroskopijas pamatjēdzienus, iedomājieties blīvu mežu naktī, kurā dzīvo koki, dzīvnieki, krūmi un citi meži. Ja jūs mežā iespīdīsiet lukturīti, jūs redzēsiet visas šīs struktūras un ir grūti iedomāties konkrētus dzīvniekus vai augus. Pieņemot, ka jūs interesē tikai redzēt melleņu krūmus mežā. Lai to panāktu, jātrenē ugunspuķes, lai tās piesaistītu tikai melleņu krūmiem, lai, skatoties uz mežu, iedegtos tikai melleņu krūmi. Var teikt, ka jūs ar ugunskuriem iezīmējat melleņu krūmus, lai varētu redzēt melleņu struktūru mežā.
Šajā analoģijā meži pārstāv visu paraugu, melleņu krūmi attēlo struktūras, kuras vēlaties vizualizēt (piemēram, noteiktas šūnas vai subcelulāras organellas), un ugunspuķes ir fluorescējoši savienojumi. Situācija, kad izgaismo šāvēja lukturīti vienatnē bez ugunskuriem, ir līdzīga spilgta lauka mikroskopam.
Nākamais solis ir izprast fluorescējošo savienojumu (pazīstami arī kā fluorofori) pamatfunkcijas. Fluorescējošie klasteri faktiski ir mazi objekti (nanomērogā), kas paredzēti, lai savienotu konkrētas struktūras paraugā. Tie absorbē gaismu ar šauru viļņu garumu diapazonu un atkārtoti izstaro cita viļņa garuma gaismu. Piemēram, fluorofors var absorbēt zilo gaismu (ti, fluoroforu ierosina zilā gaisma) un pēc tam atkārtoti izstarot zaļo gaismu. Parasti to apkopo ierosmes un emisijas spektros (kā parādīts attēlā iepriekš). Šīs diagrammas parāda fluoroforu absorbētās gaismas viļņu garumus un fluoroforu izstarotās gaismas viļņu garumus.
Mikroskopa dizains ir ļoti līdzīgs parastajam spilgtā lauka mikroskopam ar divām galvenajām atšķirībām. Pirmkārt, gaismai, kas apgaismo paraugu, jābūt tādam viļņa garumam, kas ierosina fluorescējošo grupu (iepriekš minētajā piemērā gaisma ir zila). Otrkārt, mikroskopam ir jāsavāc tikai izstarotā gaisma (zaļā gaisma), vienlaikus bloķējot zilo gaismu. Tas ir tāpēc, ka zilā gaisma ir visur, bet zaļā gaisma nāk tikai no konkrētām parauga struktūrām. Lai bloķētu zilo gaismu, mikroskopiem parasti ir kaut kas, ko sauc par garās caurlaidības filtru, kas ļauj zaļajai gaismai iziet cauri bez zilas gaismas. Katram zemas caurlaidības filtram ir ierobežots viļņa garums. Ja gaismas viļņa garums ir lielāks par robežviļņa garumu, tas var iziet cauri filtram. Tāpēc nosaukums ir "Tālbrauciena caurlaide". Īsāki viļņu garumi ir bloķēti.
2. darbība: izmantojiet optisko modelēšanas mikroskopu
Šis ir papildu solis mikroskopu projektēšanā, pamatojoties uz pamatprincipiem. Nav nepieciešams veidot fluorescences mikroskopu, tāpēc, ja nevēlaties iedziļināties optikā, varat to izlaist.
Gan spilgtā lauka, gan fluorescences mikroskopus var modelēt, izmantojot staru optikas ierīces. Staru optikas pamatprincips ir tāds, ka gaismas uzvedība ir līdzīga gaismai, kas izplatās prom no gaismas avota. Aplūkojot istabu, jūs redzēsiet saules gaismu aiz loga vai spuldzes atnesto gaismu. Tad gaismu absorbē vai atstaro telpā esošie objekti. Dažas atstarotās gaismas novirzīs to uz jūsu acīm. Ja objekts ir apgaismots, varat iedomāties, ka katrs objekta punkts izstaro gaismu visos virzienos (kā parādīts attēlā iepriekš). Lēca, tāpat kā lēca mūsu acīs, fokusē gaismu uz punktu, lai mēs varētu redzēt objektus. Bez objektīva gaisma turpina izplatīties uz āru un neveido attēlu.
