עיצוב מיקרוסקופ שדה בהיר בעלות נמוכה
מיקרוסקופ פלואורסצנטי היא שיטה המשמשת להמחשת
במדריך זה אסקור את היסודות של מיקרוסקופ פלואורסצנטי וכיצד לבנות שלושה מיקרוסקופי פלואורסצנטי שונים בעלות נמוכה. מערכות אלו עולות בדרך כלל אלפי דולרים, אך לאחרונה נעשו כמה מאמצים להפוך אותן לנגישות יותר. העיצובים שאני מציג כאן משתמשים בסמארטפון, dSLR ומיקרוסקופ USB. כל העיצובים הללו יכולים לשמש גם כמיקרוסקופים בהיר.
שלב 1: סקירה כללית של מיקרוסקופ פלואורסצנטי
כדי להבין את המושגים הבסיסיים של מיקרוסקופיה פלואורסצנטית, דמיינו יער צפוף בלילה, עם עצים, בעלי חיים, שיחים ויערות חיים אחרים. אם תזרקו עם לפיד לתוך היער, תראו את כל המבנים הללו ותתקשו לדמיין בעלי חיים או צמחים ספציפיים. נניח שאתה מעוניין רק לראות שיחי אוכמניות ביער. לשם כך מאמנים את הגחלילית להימשך רק לשיחי אוכמניות, כך שכאשר מסתכלים על היער, רק שיחי האוכמניות נדלקים. אפשר לומר שאתה משתמש בגחליליות כדי לסמן שיחי אוכמניות כדי שתוכל לראות מבני אוכמניות ביער.
באנלוגיה זו, היער מייצג את המדגם כולו, שיחי האוכמניות מייצגים את המבנים שברצונך להמחיש (למשל תאים ספציפיים או אברונים תת-תאיים), והגחליליות הן תרכובות ניאון. הארת הלפיד לבדה ללא הגחליליות דומה למיקרוסקופ שדה בהיר.
השלב הבא הוא להבין את התפקוד הבסיסי של תרכובות פלואורסצנטיות (הידוע גם כפלואורופורים). פלואורופורים הם למעשה עצמים קטנים (ננומטרים) שנועדו לחבר מבנים ספציפיים בדגימה. הם סופגים טווח צר של אורכי גל של אור ופולטים מחדש אורך גל נוסף של אור. לדוגמה, פלואורופור עשוי לספוג אור כחול (כלומר הפלואורופור מתרגש באור כחול) ואז לפלוט מחדש אור ירוק. זה בדרך כלל מסוכם על ידי ספקטרום העירור והפליטה (לעיל). דיאגרמות אלו מציגות את אורך הגל של האור הנקלט על ידי הפלואורופור ואת אורך הגל של האור הנפלט מהפלואורופור.
עיצוב המיקרוסקופ דומה מאוד לזה של מיקרוסקופ שדה בהיר רגיל, עם שני הבדלים עיקריים. ראשית, האור המאיר את הדגימה חייב להיות באורך הגל שמעורר את הפלואורופור (בדוגמה לעיל, האור כחול). שנית, המיקרוסקופ צריך רק לאסוף את האור הנפלט (אור ירוק) תוך חסימת האור הכחול. 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 ארוך מעבר יש אורך גל חתוך. אם לאור יש אורך גל ארוך מאורך הגל החתוך, הוא יכול לעבור דרך המסנן. מכאן השם, "פס ארוך". אורכי גל קצרים יותר נחסמים.
שלב 2: דוגמנות המיקרוסקופ עם אופטיקה אופטית
זהו שלב נוסף לעקרונות הבסיסיים של עיצוב מיקרוסקופ. אין צורך לבנות מיקרוסקופ פלואורסצנטי, אז אתה יכול לדלג עליו אם אתה לא רוצה להתעמק באופטיקה.
ניתן לעצב מיקרוסקופים של שדה בהיר וגם מיקרוסקופ פלואורסצנטי באמצעות אופטיקה של קרניים. הנחת היסוד של אופטיקה של קרניים היא שאור מתנהג בדומה לאור המתרחק ממקור אור. כאשר אתה מסתכל סביב החדר, אתה רואה אור מאור השמש מחוץ לחלון או מנורה. לאחר מכן האור נספג או מוחזר על ידי חפצים בחדר. חלק מהאור המוחזר גורם לו להיות מופנה לכיוון העיניים שלך. אם העצם מואר, ניתן לדמיין כל נקודה על העצם פולטת אור לכל הכיוונים (למעלה). העדשה, כמו העדשה בעינינו, ממקדת את האור לנקודה כדי שנוכל לראות את האובייקט. ללא עדשה, האור ממשיך לנוע החוצה ואינו יוצר תמונה.
אז איך מייצרים מערכות אופטיות שמגדילות עצמים קטנים? כדי להבין את העיצוב, אתה באמת צריך לדעת רק שתי משוואות: הדמיית העדשה הדקה ומשוואות ההגדלה:
1/f=1/si + 1/so
M=-si/so
f הוא אורך המוקד של העדשה. אורך מוקד קצר יותר אומר שלעדשה יש יותר כוח מיקוד.
הדבר נכון גם לגבי מרחק אובייקט; המרחק בין העדשה לאובייקט (למשל עץ).
si הוא מרחק התמונה; המרחק בין העדשה למקום בו נוצרת התמונה
M היא הגדלה; כמה גדולה התמונה ביחס לאובייקט. עבור מיקרוסקופים, אנו רוצים להגדיל את ההגדלה.
למדריך מלא על משוואת העדשה הדקה, בדוק את הסרטון הזה של Khan Academia. ב-gif למעלה, ניתן לראות שהמרחק שהאובייקט מתקרב לעדשה מגדיל את מרחק התמונה, מה שמגדיל את ההגדלה. הקו האנכי עם שני חצים מציין את העדשה.
