כיצד ניתן לשפר את הרזולוציה של מיקרוסקופ?
המיקרוסקופ הוא אחד הציוד העיקרי לבדיקת ציוד, ואינדיקטור חשוב לשיפוט ביצועי המיקרוסקופ הוא הרזולוציה. רזולוציה מתייחסת ליכולת להבחין בבירור בין המרחק הקטן יותר בין שתי נקודות קטנות או שני קווים. העין האנושית עצמה היא מיקרוסקופ. בתנאי תאורה סטנדרטיים, הרזולוציה של העין האנושית במרחק הצילום (מוכר בינלאומי כ-25 ס"מ) שווה בערך ל-1/10 מ"מ. עבור התבוננות בשני קווים ישרים, מכיוון שקווים ישרים יכולים לעורר סדרה של תאי עצב, ניתן לשפר את הרזולוציה של העיניים.
הרזולוציה של העין האנושית היא רק 1/10 מ"מ, כך שהעין האנושית אינה יכולה להבחין בין עצמים הקטנים מ-1/10 מ"מ או המרחק בין שני עצמים זעירים הקרובים מ-1/10 מ"מ. אז היו משקפי מגדלת מקרוסקופיים פשוטים, מיקרוסקופים אופטיים לתצפית מיקרוסקופית, ואחר כך מיקרוסקופים אלקטרוניים. הרזולוציה של מיקרוסקופ מוגדרת כמרחק הקטן יותר בין שתי נקודות קטנות על דגימה שניתן להבחין בה בבירור. נוסחת החישוב היא: D=0.61λ/NA
בנוסחה: D הוא הרזולוציה (אום); λ הוא אורך הגל של מקור האור (אום); NA הוא הצמצם המספרי של עדשת האובייקטיב (נקרא גם יחס צמצם העדשה).
ניתן לקבל מהנוסחה שהרזולוציה של המיקרוסקופ נקבעת על פי אורך הגל של מקור האור הנכנס והצמצם המספרי של עדשת האובייקטיב התואמת. ניתן לראות מכך ששיטות לשיפור המיקרוסקופיה האופטית:
1. הקטינו את אורך הגל של מקור האור.
אורך הגל הקצר יותר של האור הנראה הוא 390nm. אם אור אולטרה סגול באורך גל זה משמש כמקור הארה, ניתן להפחית את הרזולוציה של המיקרוסקופ האופטי ל-0.2um. עם זאת, מכיוון שרוב חומרי הזכוכית הרגילים סופגים כמות גדולה של אור עם אורכי גל מתחת ל-340 ננומטר, אור אולטרה סגול אינו יכול ליצור תמונה ברורה ובהירה לאחר כמות גדולה של הנחתה. לכן, יש להשתמש בחומרים יקרים כמו קוורץ (שיכול להעביר אור אולטרה סגול עד 200 ננומטר) ופלואוריט (שיכול להעביר אור אולטרה סגול עד 185 ננומטר), ולא ניתן לצפות במיקרוסקופים של אור אולטרה סגול בעין בלתי מזוינת, אפילו מתחת התבוננות בדגימות. יחד עם העלות הגבוהה, שיטה זו לשיפור רזולוציית המיקרוסקופ אינה בשימוש נרחב בשל המגבלות שלה.
2. הגדל את הצמצם המספרי NA של עדשת האובייקטיב.
צמצם מספרי NA=n*sin(u)
בנוסחה, n הוא מקדם השבירה של המדיום בין עדשת האובייקט לדגימה; u הוא חצי זווית צמצם של עדשת האובייקטיב. לכן, אימוץ מתאים של זווית צמצם גדולה יותר בתכנון אופטי או הגדלת מקדם השבירה הפך לשיטה נפוצה לשיפור הרזולוציה של מיקרוסקופים אופטיים. בדרך כלל, המדיום של עדשות אובייקטיביות בהגדלה נמוכה כמו אלו מתחת ל-10X הוא אוויר, עם מקדם שבירה של 1, כלומר עדשת אובייקטיבית מערכת יבשה; מצע הטבילה במים הוא מים מזוקקים, עם מקדם שבירה של 1.33; המדיום של עדשת אובייקטיבי טבילה בשמן הוא שמן ארז או שמן שקוף אחר, עם מקדם שבירה ממוצע. בסביבות 1.52, היא קרובה למקדם השבירה של עדשות ושקופיות זכוכית, כמו עדשת השמן 100X של אולימפוס. למטרות טבילה במים ולמטרות טבילה בשמן יש לא רק הגדלה גבוהה, אלא גם משתמשים במדיה עם אינדקס שבירה גבוה כדי לשפר את הרזולוציה של עדשת המטרה.
