انواع میکروسکوپ و موارد استفاده از آن‌ها

انواع میکروسکوپ و موارد استفاده از آن‌ها

میکروسکوپ یکی از مهمترین ابزار‌های علم زیست شناسی و پزشکی به شمار می‌آید. این اختراع در دهه ۱۶۰۰ میلادی هنگا‌می ‌‌انجام شد که آنتون ون لیوون هوک با ساخت یک مدل ساده  شامل لوله، عدسی‌‌هایی برای بزرگنمایی و یک صفحه (برای قرارگیری نمونه)، اولین کشف‌‌های بصری باکتری‌‌ها و سلول‌‌های خونی در گردش را انجام داد. امروزه، میکروسکوپ در زمینه پزشکی برای مطالعات سلولی ابزاری ضروری محسوب می‌شود و انواع میکروسکوپ‌‌ها را می‌توان بر اساس اصول فیزیکی که برای تولید تصویر استفاده می‌کنند، طبقه بندی کرد.

میکروسکوپ اولیه
تصویر ۱: یکی از میکروسکوپ‌های اولیه

بیشتر افراد وقتی به میکروسکوپ فکر می‌کنند مدلی که در کلاس آزمایشگاه مدرسه و دانشگاه دید‌هاند به ذهنشان خطور می‌کند این در حالی است که در حقیقت انواع مختلفی از میکروسکوپ‌‌ها در دسترس هستند. این دستگاه‌‌های مفید به طور روزمره توسط محققان، تکنسین‌‌های پزشکی و دانشجویان مورد استفاده قرار می‌گیرد. نوع انتخابی آن‌‌ها به منابع و نیاز‌های آن‌‌ها بستگی دارد. بعضی از میکروسکوپ‌‌ها بزرگنمایی کمتر و بالعکس وضوح بیشتری را ارائه می‌دهند و هزینه آن‌‌ها از ده‌‌ها تا هزار دلار است.

یک میکروسکوپ خوب باید دارای سه ویژگی باشد:

  • وضوح خوب: قدرت تفکیک پذیری به توانایی تولید تصاویر جداگانه از اشیا نزدیک به هم گفته می‌شود تا بتوان آن‌‌ها را به عنوان دو جسم مجزا تشخیص داد.
  • قدرت تفکیک پذیری:
    • چشم انسان به صورت غیر مسلح قدرت تفکیکی در حدود ۰٫۲ میلی‌متر (۲۰۰ میکرومتر) دارد.
    • قدرت تفکیک میکروسکوپ نوری حدود ۰٫۲ میکرومتر است.
    • میکروسکوپ الکترونی قدرت تفکیکی در حدود ۰٫۵ نانومتر دارد. وضوح به ضریب شکست بستگی دارد. ضریب شکست بالاتر از هوا در روغن است.
  • کنتراست خوب: با رنگ آمیزی نمونه ‌می‌توان این مورد را بهبود بخشید.
  • بزرگنمایی خوب: این امر با استفاده از لنز‌های مقعر حاصل می‌شود.

انواع میکروسکوپ

با پیشرفت تکنیک‌‌های مهندسی پزشکی میکروسکوپ‌‌های مختلفی طراحی شد‌ه‌اند که هر کدام پاسخگوی بخشی از  نیاز‌های پروژه‌‌های تحقیقاتی هستند. در این مطلب قصد داریم اطلاعاتی در مورد برخی از انواع میکروسکوپ‌‌های مهم موجود و کاربرد‌های آن‌‌ها را ارائه کنیم.

میکروسکوپ ساده

به طور کلی میکروسکوپ ساده به عنوان اولین میکروسکوپ در نظر گرفته می‌شود. این میکروسکوپ در قرن هفدهم توسط آنتونی ون لیوون هوک ایجاد شد، وی یک عدسی محدب را با یک نگهدارنده برای نمونه‌‌ها ترکیب کرد. این میکروسکوپ با بزرگنمایی بین ۲۰۰ تا ۳۰۰ بار، در اصل یک ذره بین بود. گرچه این میکروسکوپ ساده بود، اما همچنان به اندازه کافی قدرت داشت تا اطلاعات ون لیوون هوک را در مورد نمونه‌‌های بیولوژیکی، از جمله تفاوت اشکال بین گلبول‌‌های قرمز، ارائه دهد. امروزه از میکروسکوپ‌‌های ساده اغلب استفاده نمی‌شود زیرا معرفی عدسی دوم منجر به تولید میکروسکوپ مرکب شده است که به مراتب قوی‌تر از میکروسکوپ‌‌های ساده عمل می‌کند.

تصویر ۲: مقایسه میکروسکوپ ساده و مرکب

میکروسکوپ مرکب

با دو لنز یا دو عدسی، میکروسکوپ مرکب بزرگنمایی بهتری نسبت به یک میکروسکوپ ساده ارائه می‌دهد. لنز دوم تصویر حاصل از لنز اول را بزرگ می‌کند. میکروسکوپ‌‌های مرکب میکروسکوپ‌‌های زمینه روشن هستند، به این معنی که زمینه نمونه توسط نور روشن می‌شود و می‌توانند دو چش‌می‌‌یا تک چش‌می‌‌باشند. این دستگاه‌‌ها بزرگنمایی ۱۰۰۰ برابری را ارائه می‌دهند که بزرگنمایی مناسبی است، اگرچه وضوح تصویر در این میکروسکوپ‌‌ها نسبت به سایر میکروسکوپ‌‌های جدید پایین است. با این وجود این بزرگنمایی زیاد، به کاربران امکان می‌دهد تا اشیا بسیار کوچکی را که با چشم غیر مسلح دیده نمی‌شوند، از جمله موجودات تک سلولی را از نزدیک مشاهده کنند. نمونه‌‌ها معمولاً کوچک و دارای درج‌های از شفافیت هستند. از آنجا که میکروسکوپ‌‌های مرکب نسبتاً ارزان و در عین حال مفید هستند، از آزمایشگاه‌‌های تحقیقاتی گرفته تا کلاس‌‌های زیست شناسی دبیرستان در همه جا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

از میکروسکوپ‌‌های مرکب به عنوان میکروسکوپ بیولوژیکی ‌می‌توان نام برد. میکروسکوپ مرکب در آزمایشگاه‌‌ها، مدارس، تصفیه خانه‌‌های فاضلاب، مطب‌‌های دامپزشکی و برای بافت شناسی و آسیب شناسی استفاده می‌شود. نمونه‌‌هایی که در زیر میکروسکوپ مرکب مشاهده می‌شوند، باید روی اسلاید میکروسکوپ با استفاده از یک پوشش مسطح تهیه شوند.

از میکروسکوپ مرکب می‌توان برای مشاهده نمونه‌‌های متنوعی استفاده کرد که برخی از آن‌‌ها شامل: سلول‌‌های خونی، سلول‌‌های پوست، سلول انگلی، باکتری، جلبک، بافت و بخش‌‌های نازک اندام‌‌ها هستند. از میکروسکوپ مرکب برای مشاهده نمونه‌‌هایی استفاده می‌شود که با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شوند. بزرگنمایی میکروسکوپ مرکب معمولاً ۴۰x، ۱۰۰x، ۴۰۰x و گاهی اوقات ۱۰۰۰x است.

تصویر ۳: قارچ در زیر میکروسکوپ بیولوژیکی مرکب. این تصویر از‌‌هاگ قارچ در زیر میکروسکوپ بیولوژیکی مرکب با بزرگنمایی ۴۰۰ برابر ثبت شده است.

میکروسکوپ نوری

میکروسکوپ‌‌های نوری یکی از متداول‌ترین میکروسکوپ‌‌های مورد استفاده در آزمایشگاه‌‌ها محسوب می‌شود که از نور برای بزرگنمایی یک جسم استفاده می‌کند.  میکروسکوپ‌‌های نوری ساده امکان مشاهده یک ارگانیسم را به صورت همزمان با بزرگنمایی ۱۰۰ تا ۱۵۰ برابر فراهم می‌کند. میکروسکوپ‌‌های مرکب که برای جزئیات بیشتر سلولی استفاده ‌می‌شوند، حاوی دو نوع عدسی هستند که عملکرد آن‌‌ها برای بزرگنمایی موجودات تک سلولی ۱۰۰۰ تا ۱۵۰۰ برابر است. میکروسکوپ‌‌های زمینه تاریک و فاز کنتراست که به عنوان میکروسکوپ‌‌های تخصصی‌تر محسوب می‌شوند، نور را پراکنده می‌کنند تا نه تنها سلول‌‌های زنده، بلکه امکان مشاهده حتی قسمت‌‌های داخلی سلول مانند میتوکندری را نیز فراهم کنند.

میکروسکوپ فلورسنت

میکروسکوپ فلورسنت یا کانفوکال از نور ماورا بنفش به عنوان منبع نور خود استفاده می‌کند. هنگا‌می‌که نور ماورا بنفش به جس‌می‌برخورد می‌کند، الکترون‌‌های جسم را برانگیخته و نوری در رنگ‌‌های مختلف منتشر می‌‌کند که ‌می‌تواند به شناسایی باکتری‌‌های موجود در ارگانیسم کمک کند. میکروسکوپ‌‌های فلورسنت برخلاف میکروسکوپ‌‌های مرکب و تشریح کننده، جسم را از طریق یک منفذ بسیار باریک کانفوکال نشان می‌دهند، بنابراین در این میکروسکوپ تصویر کاملی از نمونه نشان داده نمی‌شود. این امر با خاموش کردن نور فلورسنت خارجی و ساختن یک تصویر سه بعدی واضح از نمونه، وضوح تصویر را افزایش می‌دهد.

نورون
تصویر : سلول‌های عصبی انسان (نورون‌ها)

میکروسکوپ کانفوکال

برخلاف میکروسکوپ‌‌های استریو و مرکب که از نور منظم برای تشکیل تصویر استفاده می‌کنند، میکروسکوپ کانفوکال از یک نور لیزر برای اسکن نمونه‌‌های رنگ شده استفاده می‌کند. این نمونه‌‌ها روی اسلاید‌ها تهیه شده و درج می‌شوند. سپس، با کمک یک آینه دو رنگ، دستگاه یک تصویر بزرگنمایی را روی صفحه رایانه تولید می‌کند. اپراتور‌ها همچنین می‌توانند با جمع آوری اسکن‌‌های متعدد، تصاویر 3 بعدی ایجاد کنند. مانند میکروسکوپ مرکب، این میکروسکوپ‌‌ها نیز از بزرگنمایی بالایی برخوردار هستند، اما وضوح آن‌ها بسیار بهتر است. آن‌ها معمولاً در زیست شناسی سلولی و کاربرد‌های پزشکی استفاده می‌شوند.

میکروسکوپ معکوس یا اینورت

میکروسکوپ معکوس به صورت میکروسکوپ معکوس بیولوژیکی یا میکروسکوپ معکوس متالورژی در دسترس است. میکروسکوپ‌‌های معکوس بیولوژیکی بزرگنمایی ۴۰x، ۱۰۰x و گاهی ۲۰۰x و ۴۰۰x را فراهم می‌کنند. از این میکروسکوپ‌‌های معکوس بیولوژیکی برای مشاهده نمونه‌‌های زنده موجود در پتری دیش استفاده می‌شود. میکروسکوپ معکوس به کاربر امکان می‌دهد پتری دیش نمونه را روی صفحه صاف نمونه قرار دهد، در حالی که لنز‌های شئي در زیر این صفحه قرار دارند. میکروسکوپ معکوس برای لقاح آزمایشگاهی، تصویربرداری از سلول زنده، مطالعه زیست شناسی رشد، زیست شناسی سلولی، علوم اعصاب و میکروبیولوژی استفاده می‌شود. میکروسکوپ‌‌های معکوس اغلب در تحقیقات برای تجزیه و تحلیل و مطالعه بافت‌‌ها و سلول‌‌ها و به ویژه سلول‌‌های زنده به کار گرفته می‌شوند.

میکروسکوپ اینورت
تصویر : میکروسکوپ اینورت المپیوس برای بررسی کشت سلولی

از میکروسکوپ‌‌های معکوس متالورژی برای بررسی قطعات بزرگ با بزرگنمایی زیاد از نظر شکستگی یا ترک استفاده می‌شود. از نظر بزرگنمایی آن‌‌ها شبیه میکروسکوپ معکوس بیولوژیکی هستند، اما یک تفاوت اصلی این است که نمونه‌‌ها در ظرف پتری قرار نمی‌گیرند، بلکه باید یک مقطع صاف از نمونه تهیه شود تا بتواند روی سطح صاف قرار بگیرد. این نمونه صاف صیقل داده می‌شود و گاهی اوقات به آن پوکه می‌گویند.

میکروسکوپ متالورژی

میکروسکوپ‌‌های متالورژی میکروسکوپ‌‌های پرتوان برای مشاهده نمونه‌‌هایی هستند که اجازه عبور نور از آن‌‌ها را نمی‌دهند. نور منعکس شده از طریق عدسی‌‌های شئی به پایین می‌تابد و بزرگنمایی ۵۰x، ۱۰۰x، ۲۰۰x و گاهی اوقات ۵۰۰x را فراهم می‌کند. از میکروسکوپ‌‌های متالورژی برای بررسی ترک‌‌هایی در سطح میکرون در فلزات، لایه‌‌های بسیار نازک پوشش‌‌ها مانند رنگ و اندازه دانه‌‌ها استفاده می‌شود.

میکروسکوپ‌‌های متالورژی در صنایع هوافضا، صنعت تولید خودرو و توسط شرکت‌‌هایی که ساختار‌های فلزی، کامپوزیت‌‌ها، شیشه، چوب، سرامیک‌‌ها، پلیمر‌ها و بلور‌های مایع را تجزیه و تحلیل می‌کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تصویر ۵: این تصویر از یک تکه فلز با خراش روی آن در زیر میکروسکوپ متالورژی با بزرگنمایی 100 برابر گرفته شده است.

میکروسکوپ پلاریزه

میکروسکوپ‌‌های پلاریزه برای بررسی مواد شیمیایی، سنگ‌‌ها و مواد معدنی از نور قطبی همراه با نور منتقل شده یا منعکس شده استفاده می‌کنند. میکروسکوپ‌‌های پلاریزه به طور روزانه توسط زمین شناسان، پترولوژیست‌‌ها، شیمی‌دانان و محققان صنایع دارویی استفاده می‌شود.

همه میکروسکوپ‌‌های پلاریزه دارای دوبخش پلایزر و آنالیزر را دارند. پلایزر یا قطبشگر فقط به امواج نور خاصی اجازه می‌دهد تا از آن عبور کنند. آنالیز کننده میزان نور و جهت نوری که نمونه را روشن می‌کند را تعیین می‌کند. پلایزر اساساً طول موج‌‌های مختلف نور را بر روی یک صفحه متمرکز می‌کند. این عملکرد باعث می‌شود تا میکروسکوپ برای مشاهده مواد پودر شونده birefringent مناسب باشد.

تصویر : ویتامین C تحت میکروسکوپ پلاریزان. این ویتامین C است که با بزرگنمایی 200 برابر در زیر میکروسکوپ قطبی کننده گرفته می‌شود.

میکروسکوپ استریو

میکروسکوپ استریو که به آن میکروسکوپ تشریح نیز گفته می‌شود، بزرگنمایی تا ۳۰۰ برابر را فراهم می‌کند. از این میکروسکوپ‌‌های دو چشمی ‌‌برای مشاهده اجسام کدر یا اجسا‌می ‌‌استفاده می‌شود که برای دیدن با میکروسکوپ مرکب خیلی بزرگ هستند، زیرا نیازی به آماده سازی اسلاید ندارند. اگرچه بزرگنمایی آن‌ها نسبتاً کم است، اما هنوز هم مفید هستند. آن‌ها نمای نزدیک و 3 بعدی از بافت سطح اشیا را ارائه می‌دهند و به اپراتور‌ها امکان می‌دهد تا هنگام مشاهده شی را دستکاری کنند. میکروسکوپ‌‌های استریو در برنامه‌‌های کاربردی علوم بیولوژیکی و پزشکی و همچنین در صنایع الکترونیک مانند کسانی که تخته مدار یا ساعت درست می‌کنند مورد استفاده قرار می‌گیرد.

میکروسکوپ استریو
تصویر : میکروسکوپ استریو المپیوس

میکروسکوپ اشعه ایکس

همان طور که از نامش پیداست، این میکروسکوپ‌ها از پرتوی اشعه X برای ایجاد تصویر استفاده ‌می‌کنند. اشعه ایکس برخلاف نور مرئی به راحتی منعکس و شکسته نمی‌شود و برای چشم انسان قابل مشاهده نیست. وضوح تصویر میکروسکوپ اشعه ایکس بین میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی قرار ‌می‌گیرد و به اندازه کافی حساس است تا بتواند محل قرارگیری جداگانه اتم‌ها را در مولکول‌های کریستال تعیین کند. بر خلاف میکروسکوپ الکترونی، که در آن جسم خشک و ثابت شده است، این میکروسکوپ‌های بسیار تخصصی قادر به نشان دادن سلول‌های زنده هستند.

میکروسکوپ الکترونی

منبع انرژی مورد استفاده در میکروسکوپ الکترونی، پرتو الکترون است. پرتو الکترونی دارای طول موج استثنایی کوتاه است و وضوح تصویر را به طور قابل توجهی نسبت به میکروسکوپ نوری افزایش می‌دهد. در این میکروسکوپ‌ها اشیا کامل با لایه‌ای از طلا یا پالادیوم پوشانده شده‌اند که باعث انحراف پرتوی الکترون می شوند و مناطق تاریک و روشن را به عنوان تصاویر 3 بعدی که در مانیتور مشاهده می شوند ، ایجاد می کنند. جزئیاتی مانند پوسته های سیلیس پیچیده دیاتوم های دریایی و جزئیات سطح ویروس ها را می توان ضبط کرد. هر دو میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی جدیدتر (SEM) در این گروه تخصصی میکروسکوپ قرار می گیرند.

میکروسکوپ‌های الکترونی توسط ارنست روسکا در سال ۱۹۳۱ اختراع شده است و از جهات مختلف با میکروسکوپ نوری متفاوت است.

ویژگی‌های کلی دو نوع میکروسکوپ الکترونی شامل موارد زیر است:

میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) برای بررسی ساختار داخلی اجسام به کار می‌رود، وضوح تصویر در آن تا ۰٫۵تا نانومتر است و تصویری در نمای دو بعدی ارائه می دهد.

میکروسکوپ الکترونی روبشی جدیدتر (SEM) برای بررسی سطوح اجسام به کار می‌رود وضوح تصویر آن ۷ نانومتر است و تصویر در نمای سه بعدی ایجاد می‌کند.

میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)

میکروسکوپ الکترونی روبشی یا SEM از الکترون برای ایجاد تصویر استفاده می‌کند. نمونه‌‌ها در شرایط خلا یا نزدیک به خلا اسکن می‌شوند، بنابراین باید به طور خاص در ابتدا نمونه‌ها برای آماده سازی باید خشک و دهیدراته شوند و سپس با یک لایه نازک از یک ماده رسانا مانند طلا پوشانده شوند. پس از تهیه و قرار دادن نمونه در محفظه مخصوص، SEM یک تصویر ۳ بعدی، سیاه و سفید روی صفحه رایانه تولید می‌کند. محققان علوم فیزیکی، پزشکی و بیولوژیکی برای بررسی طیف وسیعی از نمونه‌‌ها از حشرات تا استخوان‌‌ها، SEM‌‌ها را با کنترل کافی بر میزان بزرگنمایی، استفاده می‌کنند.

تصویر : میکروسکوپ الکترونی روبشی

انتقال میکروسکوپ الکترونی (TEM)

مانند میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) از الکترون‌ها در ایجاد یک تصویر بزرگنمایی شده استفاده می‌کند و نمونه‌‌ها در خلا اسکن می‌شوند بنابراین باید به طور ویژه تهیه شوند. برخلاف SEM، میکروسکوپ TEM از یک اسلاید برای تهیه نمای دو بعدی از نمونه‌‌ها استفاده می‌کند، بنابراین بیشتر برای مشاهده اشیا با درجه‌ای از شفافیت مناسب است. TEM درجه بالایی از بزرگنمایی و تفکیک پذیری را ارائه می‌دهد و همین ویژگی آن را در علوم فیزیکی و بیولوژیکی، متالورژی، فناوری نانو و تجزیه و تحلیل پزشکی قانونی مفید می‌کند.

تصویر : میکروسکوپ الکترونی TEM و تصویر تهیه شده از ویروس کرونا به وسیله آن

منبع: microbenotes، sciencing، microscopeworld

بستن منو
×

سبد خرید