Дизајн микроскопа са флуоресцентним и светлим пољем ниске цене
Флуоресцентна микроскопија је метода која се користи за визуелизацију
У овом водичу ћу прегледати основе флуоресцентне микроскопије и како направити три различита јефтина флуоресцентна микроскопа. Ови системи обично коштају хиљаде долара, али су недавно уложени напори да се учине доступнијим. Дизајни које овде представљам користе паметни телефон, дСЛР и УСБ микроскоп. Сви ови дизајни се такође могу користити као светлосни микроскопи.
Корак 1: Преглед флуоресцентне микроскопије
Да бисте разумели основне концепте флуоресцентне микроскопије, замислите густу шуму ноћу, са дрвећем, животињама, жбуњем и другим живим шумама. Ако упалите бакљу у шуму, видећете све ове структуре и биће вам тешко да визуелизујете одређене животиње или биљке. Претпоставимо да сте заинтересовани само да видите грмље боровнице у шуми. Да бисте то урадили, тренирате кријесницу да је привуче само жбуње боровнице, тако да када погледате шуму, светле само грмови боровнице. Могло би се рећи да користите кријеснице за обележавање грмља боровнице тако да можете видети структуре боровнице у шуми.
У овој аналогији, шума представља цео узорак, грмови боровнице представљају структуре које желите да визуелизујете (нпр. специфичне ћелије или субћелијске органеле), а свитци су флуоресцентна једињења. Само осветљавање бакље без свитака је слично микроскопији светлог поља.
Следећи корак је разумевање основне функције флуоресцентних једињења (познатих и као флуорофори). Флуорофори су заправо мали објекти (наноскали) дизајнирани да повежу специфичне структуре у узорку. Они апсорбују уски опсег таласних дужина светлости и поново емитују другу таласну дужину светлости. На пример, флуорофор може да апсорбује плаво светло (тј. флуорофор се побуђује плавом светлошћу), а затим поново емитује зелено светло. Ово се обично сумира ексцитационим и емисионим спектром (горе). Ови дијаграми показују таласну дужину светлости коју апсорбује флуорофор и таласну дужину светлости коју емитује флуорофор.
Дизајн микроскопа је веома сличан оном код нормалног микроскопа са светлим пољем, са две главне разлике. Прво, светлост која осветљава узорак мора бити на таласној дужини која побуђује флуорофор (за пример изнад, светло је плаво). Друго, микроскоп треба само да прикупи емитовано светло (зелено светло) док блокира плаво светло. То је зато што је плаво светло свуда, али зелено долази само из одређених структура у узорку. Да би блокирали плаво светло, микроскопи обично имају нешто што се зове дугопропусни филтер који пропушта зелено светло без плаве светлости. Сваки дугопропусни филтер има граничну таласну дужину. Ако светлост има таласну дужину дужу од граничне таласне дужине, може проћи кроз филтер. Отуда и назив, "дуги пролаз". Краће таласне дужине су блокиране.
Корак 2: Моделирање микроскопа оптичком оптиком
Ово је додатни корак ка основним принципима дизајна микроскопа. Нема потребе за прављењем флуоресцентног микроскопа, тако да га можете прескочити ако не желите да улазите у оптику.
И светлосни и флуоресцентни микроскопи могу се моделовати коришћењем зрачне оптике. Основна премиса зрачне оптике је да се светлост понаша слично светлости која путује од извора светлости. Када погледате по соби, видите светлост од сунчеве светлости изван прозора или од сијалице. Светлост се затим апсорбује или одбија од објеката у просторији. Део рефлектоване светлости доводи до тога да буде усмерен ка вашим очима. Ако је објекат осветљен, можете замислити да свака тачка на објекту емитује светлост у свим правцима (горе). Сочиво, као и сочиво у нашим очима, фокусира светлост на тачку тако да можемо да видимо објекат. Без сочива, светлост наставља да путује ка споља и не формира слику.
Па како да направимо оптичке системе који увећавају мале објекте? Да бисте разумели дизајн, заиста треба да знате само две једначине: слику танког сочива и једначине за увећање:
1/ф=1/си + 1/со
М=-си/со
ф је жижна даљина сочива. Краћа жижна даљина значи да сочиво има већу моћ фокусирања.
Исто важи и за удаљеност објеката; растојање између сочива и предмета (нпр. дрвета).
си је растојање слике; растојање између сочива и места формирања слике
М је увећање; колико је слика велика у односу на објекат. За микроскопе желимо да повећамо увећање.
За комплетан водич о једначини танког сочива, погледајте овај видео Кхан Ацадемиа. На гиф-у изнад можете видети да удаљеност на којој се објекат помера ближе сочиву повећава растојање слике, што повећава увећање. Вертикална линија са две стрелице означава сочиво.
