עיצוב מיקרוסקופ שדה בהיר בעלות נמוכה
במדריך זה אסקור את העקרונות הבסיסיים של מיקרוסקופ פלואורסצנטי וכיצד לבנות שלושה מיקרוסקופי פלואורסצנטי שונים בעלות נמוכה. מערכות אלו עולות בדרך כלל אלפי דולרים, אך המאמצים האחרונים הפכו אותן לקלות יותר להשגה. העיצוב שאני מציג כאן משתמש בסמארטפונים, dSLR ומיקרוסקופים USB. כל העיצובים הללו יכולים לשמש גם כמיקרוסקופים בשדה פתוח.
שלב 1: סקירה כללית של מיקרוסקופ פלואורסצנטי
כדי להבין את המושגים הבסיסיים של מיקרוסקופיה פלואורסצנטית, דמיינו את היערות הצפופים, העצים, בעלי החיים, השיחים והיערות האחרים שחיים ביער בלילה. אם תאיר עם פנס לתוך היער, תראה את כל המבנים האלה וקשה לדמיין בעלי חיים או צמחים ספציפיים. בהנחה שאתה מעוניין רק לראות שיחי אוכמניות ביער. כדי להשיג זאת, אתה צריך לאמן גחליליות שיימשכו רק על ידי שיחי אוכמניות, כך שכשאתה מסתכל על היער, רק שיחי אוכמניות ידלקו. אפשר לומר שסימנתם את שיחי האוכמניות בגחליליות, כדי שתוכלו לראות את מבני האוכמניות ביער.
באנלוגיה זו, היער מייצג את המדגם כולו, שיח האוכמניות מייצג את המבנה שברצונך להמחיש (כגון תאים ספציפיים או אברונים תת-תאיים), וגחליליות הן תרכובות ניאון. המצב של צילום פנס לבד ללא גחליליות דומה למיקרוסקופ שדה בהיר.
השלב הבא הוא להבין את הפונקציות הבסיסיות של תרכובות פלואורסצנטיות (הידוע גם בשם פלואורפורים). אשכולות פלורסנט הם למעשה עצמים קטנים (ננומטריים) שנועדו לחבר מבנים ספציפיים בדגימה. הם סופגים אור בטווח צר של אורכי גל ופולטים מחדש אור באורך גל אחר. לדוגמה, קבוצת פלורסנט יכולה לספוג אור כחול (כלומר קבוצת הפלורסנט מתרגשת באור כחול) ואז לפלוט שוב אור ירוק. בדרך כלל, זה מתמצה באמצעות ספקטרום עירור ופליטות (כפי שמוצג באיור למעלה). תרשימים אלה מציגים את אורכי הגל של האור הנספגים על ידי הפלואורופור ואורכי הגל של האור הנפלט מהפלואורופור.
עיצוב המיקרוסקופ דומה מאוד לזה של מיקרוסקופ שדה פתוח רגיל, עם שני הבדלים עיקריים. ראשית, האור המאיר את הדגימה חייב להיות באורך הגל של קבוצת הפלורסנט הנרגשת (בדוגמה לעיל, האור כחול). שנית, המיקרוסקופ צריך רק לאסוף אור שנפלט (אור ירוק) תוך חסימת אור כחול. הסיבה לכך היא שאור כחול נמצא בכל מקום, אבל אור ירוק מגיע רק ממבנים ספציפיים במדגם. כדי לחסום אור כחול, למיקרוסקופים יש בדרך כלל משהו שנקרא מסנן ארוך מעבר המאפשר לאור ירוק לעבור ללא אור כחול. לכל מסנן מעבר ארוך יש אורך גל חיתוך. אם אורך הגל של האור גדול מאורך הגל הניתוק, הוא יכול לעבור דרך מסנן. לכן השם הוא "מעבר למרחקים ארוכים". אורכי גל קצרים יותר נחסמים.
שלב 2: דוגמנות מיקרוסקופ באמצעות אופטיקה אופטית
זהו שלב נוסף בתכנון העיקרון הבסיסי של מיקרוסקופ. אין צורך בבניית מיקרוסקופ פלואורסצנטי, כך שאם אינכם רוצים להתעמק באופטיקה, תוכלו לדלג עליו.
ניתן לעצב גם מיקרוסקופים של שדה בהיר וגם מיקרוסקופ פלואורסצנטי באמצעות התקנים אופטיים של קרניים. הנחת היסוד של אופטיקה של קרניים היא שהתנהגות האור דומה לזו של אור המתפשט הרחק ממקור אור. כשתסתכלו סביב החדר, תראו את אור השמש מחוץ לחלון או את האור שמביאה הנורה. ואז האור נספג או מוחזר על ידי חפצים בחדר. קצת אור מוחזר יגרום לו לפנות לעיניך. אם עצם מואר, אתה יכול לדמיין כל נקודה על האובייקט פולטת אור לכל הכיוונים (כפי שמוצג בתמונה למעלה). העדשה, כמו העדשה בעינינו, ממקדת את האור לנקודה כדי שנוכל לראות את האובייקט. ללא עדשה, האור ממשיך להתפשט החוצה ואינו יוצר תמונה.
