Pendarfluor kos rendah dan reka bentuk mikroskop medan terang
Mikroskopi pendarfluor ialah kaedah yang digunakan untuk memvisualisasikan
Dalam panduan ini, saya akan menyemak asas mikroskop pendarfluor dan cara membina tiga mikroskop pendarfluor kos rendah yang berbeza. Sistem ini biasanya menelan belanja beribu-ribu dolar, tetapi terdapat beberapa usaha baru-baru ini untuk menjadikannya lebih mudah diakses. Reka bentuk yang saya bentangkan di sini menggunakan telefon pintar, dSLR, dan mikroskop USB. Kesemua reka bentuk ini juga boleh digunakan sebagai mikroskop medan terang.
Langkah 1: Gambaran keseluruhan mikroskop pendarfluor
Untuk memahami konsep asas mikroskop pendarfluor, bayangkan hutan tebal pada waktu malam, dengan pokok, haiwan, semak dan hutan hidup yang lain. Jika anda memancarkan obor ke dalam hutan, anda akan melihat semua struktur ini dan sukar untuk menggambarkan haiwan atau tumbuhan tertentu. Katakan anda hanya berminat untuk melihat semak blueberry di dalam hutan. Untuk melakukan ini, anda melatih kelip-kelip untuk tertarik hanya kepada semak blueberry, supaya apabila anda melihat hutan, hanya semak blueberry yang menyala. Anda boleh mengatakan bahawa anda menggunakan kelip-kelip untuk menandakan semak beri biru supaya anda boleh melihat struktur beri biru di dalam hutan.
Dalam analogi ini, hutan mewakili keseluruhan sampel, semak blueberry mewakili struktur yang anda ingin gambarkan (cth sel tertentu atau organel subselular), dan kelip-kelip adalah sebatian pendarfluor. Menerangi obor sahaja tanpa kelip-kelip adalah serupa dengan mikroskop medan terang.
Langkah seterusnya ialah memahami fungsi asas sebatian pendarfluor (juga dikenali sebagai fluorofor). Fluorofor sebenarnya adalah objek kecil (skala nano) yang direka untuk menyambung struktur tertentu dalam sampel. Mereka menyerap julat sempit panjang gelombang cahaya dan memancarkan semula panjang gelombang cahaya yang lain. Sebagai contoh, fluorophore boleh menyerap cahaya biru (iaitu fluorophore teruja oleh cahaya biru) dan kemudian memancarkan semula cahaya hijau. Ini biasanya diringkaskan oleh spektrum pengujaan dan pelepasan (di atas). Rajah ini menunjukkan panjang gelombang cahaya yang diserap oleh fluorophore dan panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh fluorophore.
Reka bentuk mikroskop sangat serupa dengan mikroskop medan terang biasa, dengan dua perbezaan utama. Pertama, cahaya yang menerangi sampel mestilah pada panjang gelombang yang merangsang fluorofor (untuk contoh di atas, cahaya berwarna biru). Kedua, mikroskop hanya perlu mengumpul cahaya yang dipancarkan (lampu hijau) sambil menghalang cahaya biru. Ini kerana cahaya biru ada di mana-mana, tetapi cahaya hijau hanya datang daripada struktur tertentu dalam sampel. Untuk menyekat cahaya biru, mikroskop biasanya mempunyai sesuatu yang dipanggil penapis laluan panjang yang membenarkan cahaya hijau melalui tanpa cahaya biru. Setiap penapis long-pass mempunyai panjang gelombang cut-off. Jika cahaya mempunyai panjang gelombang lebih panjang daripada panjang gelombang cut-off, ia boleh melalui penapis. Oleh itu namanya, "laluan panjang". Panjang gelombang yang lebih pendek disekat.
Langkah 2: Memodelkan mikroskop dengan optik optik
Ini adalah langkah tambahan kepada prinsip asas reka bentuk mikroskop. Tidak perlu membina mikroskop pendarfluor, jadi anda boleh melangkaunya jika anda tidak mahu mendalami optik.
Kedua-dua mikroskop medan terang dan pendarfluor boleh dimodelkan menggunakan optik sinar. Premis asas optik sinar ialah cahaya berkelakuan sama dengan cahaya yang bergerak menjauhi sumber cahaya. Apabila anda melihat sekeliling bilik, anda melihat cahaya dari cahaya matahari di luar tingkap atau dari mentol lampu. Cahaya kemudiannya diserap atau dipantulkan oleh objek di dalam bilik. Sesetengah cahaya yang dipantulkan menyebabkan ia diarahkan ke mata anda. Jika objek diterangi, anda boleh bayangkan setiap titik pada objek memancarkan cahaya ke semua arah (di atas). Kanta, seperti kanta di mata kita, memfokuskan cahaya ke satu titik supaya kita boleh melihat objek. Tanpa kanta, cahaya terus bergerak ke luar dan tidak membentuk imej.
Jadi bagaimana kita membuat sistem optik yang membesarkan objek kecil? Untuk memahami reka bentuk, anda hanya perlu mengetahui dua persamaan: pengimejan kanta nipis dan persamaan pembesaran:
1/f=1/si + 1/so
M=-si/so
f ialah panjang fokus kanta. Panjang fokus yang lebih pendek bermakna lensa mempunyai kuasa pemfokusan yang lebih.
Perkara yang sama berlaku untuk jarak objek; jarak antara kanta dan objek (cth pokok).
si ialah jarak imej; jarak antara kanta dan tempat imej terbentuk
M ialah pembesaran; berapa besar imej adalah relatif kepada objek. Untuk mikroskop, kami ingin meningkatkan pembesaran.
Untuk tutorial penuh tentang persamaan kanta nipis, lihat video Khan Academia ini. Dalam gif di atas, anda dapat melihat bahawa jarak objek bergerak lebih dekat dengan kanta meningkatkan jarak imej, yang meningkatkan pembesaran. Garis menegak dengan dua anak panah menunjukkan kanta.
