כיצד לשפר את הרזולוציה של מיקרוסקופ?
מיקרוסקופים הם אחד הציוד העיקרי לבדיקת ציוד, והמדד החשוב להערכת הביצועים של מיקרוסקופים הוא הרזולוציה. רזולוציה מתייחסת ליכולת להבחין בבירור בין שתי נקודות קטנות או למרחק הקטן יותר בין שני קווים. העין האנושית עצמה היא מיקרוסקופ, ובתנאי תאורה סטנדרטיים, הרזולוציה של העין האנושית במרחק בהיר (מוכר בינלאומי כ-25 ס"מ) היא בערך 1/10 מ"מ. לצורך התבוננות בשני קווים ישרים, ניתן לשפר את רזולוציית העין על ידי גירוי סדרה של תאי עצב.
הרזולוציה של העין האנושית היא רק 1/10 מ"מ, כך שהמרחק בין עצמים קטנים מ-1/10 מ"מ או שני עצמים קטנים קרובים מ-1/10 מ"מ לא ניתן להבחין בעין האנושית. אז חל מעבר ממגדלים מקרוסקופיים פשוטים למיקרוסקופים אופטיים תצפית מיקרוסקופיים, ואחריהם מיקרוסקופים אלקטרוניים. הגדרת הרזולוציה של מיקרוסקופ מתייחסת למרחק הקטן יותר בין שתי נקודות קטנות שניתן להבחין בבירור בדגימה.
נוסחת החישוב היא: D=0.61 λ／ NA
בנוסחה, D מייצג את הרזולוציה (um); λ הוא אורך הגל של מקור האור (אום); NA הוא הצמצם המספרי (המכונה גם יחס צמצם) של עדשת המטרה.
לפי הנוסחה, הרזולוציה של מיקרוסקופ תלויה באורך הגל של מקור האור הנכנס ובצמצם המספרי של המטרה המותאמת. מכאן ניתן לראות כי השיטות לשיפור מיקרוסקופים אופטיים הן:
1. הקטינו את אורך הגל של מקור האור.
לאור הנראה יש אורך גל קצר יותר של 390nm. אם אור אולטרה סגול באורך גל זה משמש כמקור אור להארה, ניתן להפחית את הרזולוציה של המיקרוסקופ האופטי ל-0.2um. עם זאת, בשל העובדה שרוב חומרי הזכוכית הרגילים סופגים כמות גדולה של אור עם אורכי גל מתחת ל-340nm, אור אולטרה סגול אינו יכול ליצור תמונות ברורות ובהירות לאחר הנחתה משמעותית. לכן, יש להשתמש בחומרים יקרים כגון קוורץ (שיכול להעביר עד 200 ננומטר אור אולטרה סגול) ופלואוריט (שיכול להעביר עד 185 ננומטר אור אולטרה סגול). יתרה מכך, מיקרוסקופים אולטרה סגולים אינם ניתנים לצפייה בעין בלתי מזוינת, והם אפילו מוגבלים על ידי הדגימות הנצפות, יחד עם עלויות יקרות. לכן, שיטה זו לשיפור רזולוציית המיקרוסקופ אינה בשימוש נרחב בשל מגבלותיה.
2. הגדל את הצמצם המספרי NA של עדשת האובייקטיב
צמצם מספרי NA=n * sin (u)
בנוסחה, n הוא מקדם השבירה של המדיום בין עדשת האובייקטיב לדגימה; U היא חצי זווית הצמצם של עדשת האובייקטיב. לכן, שימוש בזווית צמצם גדולה יותר או הגדלת מקדם השבירה בתכנון אופטי הפך לשיטה נפוצה לשיפור הרזולוציה של מיקרוסקופים אופטיים. בדרך כלל, עדשות בהגדלה נמוכה מתחת ל-10X משתמשות באוויר כאמצעי ויש להן מקדם שבירה של 1, שהוא מטרה יבשה; מצע הטבילה במים הוא מים מזוקקים, עם מקדם שבירה של 1.33; המדיום האובייקטיבי השקוע בשמן הוא זפת או שמן שקוף אחר, עם מקדם שבירה בדרך כלל סביב 1.52, שהוא קרוב למקדם השבירה של עדשות ושקופיות זכוכית, כמו עדשת השמן 100X של אולימפוס. עדשות טבילה במים ועדשות טבילה בשמן לא רק בעלות הגדלה גבוהה, אלא גם משפרות את הרזולוציה של האובייקט בשל השימוש במדיה עם אינדקס שבירה גבוה.
