Микроскоп без линз.

Микроскоп из смартфона за 100 руб.

Наткнулся на просторах интернета на интересную заметку, как сделать из смартфона микроскоп. В ней был описан процесс создания микроскопа очень подробно и доступно. Автор явно хорошо разбирался в том, о чём писал. Мне даже захотелось прочитать остальные его заметки. Но какое разочарование постигло меня, когда я обнаружил, что заметка переводная и заимствована с немецкого сайта.

В среде творческой интеллигенции заимствование идей особо не осуждается. Вот мне и захотелось повторить зарубежный опыт и написать более подробный материал. Повторить конструкцию стола для смартфона не сложно. Стол для микроскопа можно сделать за один вечер, если запастись всем необходимым.
Смартфон превратить в микроскоп очень просто, надо наложить маленькую линзу на объектив фотокамеры. Линзу можно вынуть из старого СД-привода или купить в киоске лазерную указку, из неё тоже можно извлечь маленькую линзочку. Но когда вы закрепляете на смартфоне линзу, то сталкиваетесь с одной проблемой, удержать смартфон ровно над объектом на маленьком расстоянии от объекта съёмки очень сложно. Из-за маленькой глубины резкости … Вот тут и надо начинать делать для смартфона стол.

В прошлом году я назаказывал разных стекляшек для украшения шкатулок на Али. Пакетик с 20-ю прозрачными кабошонами диаметром 10 мм стоил около доллара. Этот кабошон и был использован как линза.

В ближайшем хозяйственном были куплены 4 болта М8 на 100 мм, гайки М8 и пара «барашков».

Основание стола сделано из обрезка доски толщиной 20 мм. По углам просверлены отверстия под болты диаметром 8 мм. Оргстелао толщиной 3 мм, добыл на работе, позаимствовал канцелярскую подставку. Из неё вылезал крышку для стола, на которой будет лежать смартфон. Так же как в основании, в крышке просверлены отверстия под болты. Из той же подставки вырезан предметный стол для размещения объектов изучения.

Вставляем болты в отверстия в основании. Их головки будут ножками стола.

Фиксируем болты гайками.

Теперь устанавливаем предметный столик. Столик опирается на два барашка и высота его регулируется ими.

Закрепляем крышку. Она опирается на 4 гайки и гайками же фиксируется сверху.

Под линзу в крышке просверлено отверстие. Даже два отверстия, поскольку мне удалось найти две разные линзы. Отверстие сверлится диаметром меньшим, чем диаметр линзы, а потом круглым напильником растачивается под диаметр линзы. Место отверстия под линзу надо выбрать, приложив ваш смартфон к крышке и отметить фломастером местоположение объектива камеры смартфона.

Делаем отверстие коническим, оно сужается к низу. Линза ложиться в отверстие и не проваливается. Ничем закреплять линзу не надо.

Визуально стеклышко для скраббукинга даёт весьма приличное увеличение.

Первый объект исследования денежная купюра. Закрепляем сторублёвку на предметном столе. Совмещаем объектив камеры с линзой, включаем режим фотокамеры и кладем смартфон на крышку. Дальше с помощью барашков регулируем положение предметного столика, пытаясь добиться максимальной резкости изображения.

Сторублёвая купюры. Картинка получилась достаточно чёткой, изображение слегка расплывалось по краям. Оценка увеличения – 30-40х.

Также линза легко заходит под чехол и держится там. Для съёмки с руки вставляем линзу под чехол.

Одуванчик под микроскопом. Съёмка без стола с руки. Оценка увеличения – 30-40х.

Цветок мака, тычинки. Съёмка на солнце без стола с руки. Оценка увеличения – 30-40х.

Линза из лазерной указки
Качество снимков микромира всё-таки хотелось улучшить. «Наверное, если использовать настоящую линзу, изображение будет лучше,»- подумал я. По дороге с работы купил в газетном киоске лазерную указку за 150 руб.

Произвёл разборку девайса и добыл маленькую линзочку. Пригодилась и мягкая прокладка из указки.

Линза с прокладкой замечательно встала на место кабошона. Осталось только совместить объектив камеры с линзой. Что удивительно, смартфон сам наводит объектив на резкость, учитывая ещё один оптический элемент. Как он это делает для меня осталось загадкой.

Экспериментируя с кабошоном, я совсем забыл, что у хорошего микроскопа должна быть штатная подсветка. Чем лучше объект освещён, тем лучше получиться снимок. Тут и пригодился мощный светодиодный фонарик из набора для выживания. Меняя угол освещения объекта, я добился большей резкости снимка.

Микрошрифт на 500-рублёвой купюре, по краям изображение слегка расплывалось. Оценка увеличения — 60-80х.

Мелкий речной песок. Очень красивый снимок получился.

Песок с другой подсветкой.

Фрагменты комара, который хотел меня укусить. Съёмка в отражённом свете, оценка увеличения 60-80х.

PS

Не поленитесь, сделайте такой микроскоп на даче. Продемонстрируйте детям окно в микромир. Заинтересуйте сына или дочь, может Ваш смелый опыт определит их будущую специальность.

Как выбрать микроскоп

Микроскоп — важнейший прибор, без которого не обойтись при проведении научных исследований. Современная микроскопия богата на различные виды микроскопов, каждый из которых имеет свое предназначение, устройство и особенности работы. Данный гайд не только расскажет вам об основных элементах микроскопа, но и поможет определиться с выбором.

Окуляр

Окуляр представляет из себя систему, состоящую из нескольких линз (обычно 2–3), через которые исследователь будет рассматривать изучаемый объект. Линзы встраиваются в металлический корпус (тубус) и могут быть как фиксированного, так и фокусного увеличения. Самая нижняя линза предназначена для фокусировки на объекте, а верхняя — для наблюдения за ним. Все окуляры дают определенную кратность увеличения — 10x, 20x, 25x и т.д.

Объективы

Самая важная часть микроскопа, благодаря которой строится микроскопическое изображение изучаемого предмета с точной передачей мельчайших деталей, цвета, структуры. Другими словами, пользователь сможет рассмотреть лежащий перед ним объект в деталях, даже если он не виден человеческим глазом. Объектив имеет довольно сложное оптико-механическое устройство, включающее в себя несколько линз и других компонентов. Качество и количество линз зависит от тех задач, для которых создается прибор и может доходить до 14 штук. К таковым относятся сложные и дорогие планапохроматические объективы, применяемые чаще всего в биологии и медицине. Для изучения растений, веществ, тканей подойдут ахроматические объективы, в которых может быть всего 2–3 линзы.

Современные технологии позволяют создавать и выпускать множество типов объективов в зависимости от целевого назначения, устройства и принципа действия. Выделяют устройства с малыми (10х), средними (до 50х) и большими (более 50х) кратностями, а также сверхбольшие объективы кратностью свыше 100х. Микроскоп может быть оснащен одним объективом, но чаще всего имеет два или три с разной кратностью.

Общее увеличение микроскопа высчитывается путем сложения кратности окуляров и объективов. Например, если кратность окуляра составляет 10x, а объектива 90x, то общее увеличение будет иметь кратность 900x.

Объектив 4x Объектив 15x Объектив 30 X
Окуляр 10x 40x 150x 300x
Окуляр 20x 80x 300x 600x

Подсветка

Это не менее важная часть микроскопа, позволяющая подсветить объект изучения. Чаще всего состоит из двух частей: коллектора и конденсора. Конденсор имеет несколько встроенных линз и предназначен для увеличения количества света, исходящего от осветителя. Коллектор же располагается между объектом изучения и конденсором и помогает регулировать интенсивность освещения.

Источником освещения в подсветке выступают галогенные лампы, светодиоды, зеркала или лампы накаливания. В конструкции микроскопа подсветка может иметь верхнее, нижнее расположение или же быть комбинированной (верхняя и нижняя). Верхняя располагается над предметным столиком и нужна для того, чтобы рассмотреть непрозрачные или полупрозрачные предметы. Нижняя же находится под столиком и нужна для изучения прозрачных объектов, на которые направляется пучок света. Подсветка нуждается в питании от сети, через USB или батареек.

Конденсор, верхняя подсветка, комбинированная подсветка (верхняя и нижняя):

Тип визуальной насадки

Есть монокулярные, бинокулярные и даже тринокулярные насадки. Монокулярная имеет один окуляр, бинокулярная два. Два окуляра будут более предпочтительнее чем один, однако они требуют некоторого навыка. В тринокулярной насадке, помимо двух окуляров, будет дополнительная трубка, на которую можно установить камеру и передавать изображение на монитор компьютера.

Минимальное и максимальное оптическое увеличение

Минимальное оптическое увеличение высчитывается путем сложения кратности окуляров и объективов. Например, если минимальная кратность и у окуляра, и у объектива составляет 10х, то минимальное оптическое увеличение будет составлять 100х. Это дает не совсем четкую картинку, но с широким полем зрения.

Максимальное оптическое увеличение высчитывается таким же образом, как и минимальное. Пример: окуляр кратностью 10х и объектив кратностью 90х, вместе дадут увеличение в 900х. Это позволяет максимально детально рассмотреть предмет изучения, однако если выбрано увеличение намного выше допустимого, для того или иного предмета, то это не выявит каких-либо дополнительных деталей, но может ухудшиться качество и четкость изображения. Соответственно поле зрения также будет намного уже. Например, зерна обычного песка можно рассмотреть при увеличении в 400х, поэтому более высокие значения будут избыточны. При высоких значениях увеличения (800х и более) можно изучать детальную структуру предметов, пыльцу, минералы и многое другое.

Читайте также  Инвертор для ЛДС из сломанного ноутбука

Цифровая камера и максимальное цифровое увеличение

Некоторые модели световых микроскопов оснащаются цифровой камерой для фото и видеосъемки. Камера может встраиваться в корпус микроскопа наравне с объективами, но чаще всего это прибор с тринокулярной насадкой, в котором третий окуляр предназначается для специального видеоокуляра. Стоит отметить, что видеоокуляр можно установить и на прибор с монокулярной насадкой. Есть и специальные цифровые микроскопы, в которых объектив как таковой отсутствует и его заменяет цифровая камера. Изображение передается сразу же на компьютер, причем разрешение камеры измеряется в мегапикселях и может быть от 0,3 до 5 Мп. Максимальное цифровое увеличение в данном случае будет относиться именно к возможностям камеры, хотя не стоит отметать и другие факторы: насколько качественен монитор для просмотра и т.д. Увеличение в цифровых моделях может составлять 300х, 1600х и т.д.

Фокусировка

Как правило, фокусировка в микроскопах бывает грубой и точной.

  • Грубая выполняется специальным винтом (макровинт), который позволяет изменять расстояние между объективом и предметом исследования.
  • Тонкая фокусировка (микровинт) поможет сфокусироваться на предмете до сотых долей увеличения, придать ему резкости и рассмотреть его в мельчайших деталях.

Револьверная головка

Устройство револьверного типа в которое встраиваются объективы. Там может находиться всего лишь один объектив, но чаще головки имеют два, три и четыре объектива. Пользователь при необходимости просто проворачивает головку, выбирая нужный ему объектив.

Межзрачковое расстояние

Расстояние между зрачками измеряемое в миллиметрах. Данная характеристика относится к микроскопам с бинокулярной насадкой. Чтобы создать стереокартинку или единое поле, в котором оба глаза будут видеть предмет изучения, нужно провести несложные настройки. Для этого первоначально необходимо настроить резкость окуляров, а затем свести изображение воедино, поворачивая тубусы, в которые встроены окуляры. Если все сделано правильно, то оба глаза должны видеть единое поле, без затемнения центра или краев изображения.

Советы по выбору

Любитель или профессионал

Для любительских, детских изысканий подойдет недорогое устройство с окулярами 10х или 20х и объективами до 40х. Оптимальными будут приборы с увеличением до 200х или 400х.

Для серьезных исследований нужен уже более мощный прибор с максимальным увеличением в несколько сотен (более 400х) или более 1000 крат. Также стоит обратить внимание на цифровые микроскопы, не требующие особых настроек, навыков работы. В них изображение передается сразу же на монитор.

Визуальная насадка — какая лучше?

Даже если вы приобретаете микроскоп для несложных опытов, любительских исследований или для ребенка, то лучше всего подойдет бинокулярная насадка, так как именно она дает хорошее стереоизображение. Если есть необходимость в получении фото или видео, то лучше взять прибор с тринокулярной насадкой.

Объективы — чем больше, тем лучше

Даже если вы не собираетесь становиться микробиологом, желательно приобрести прибор с двумя или тремя объективами, кратностью 4x, 10x и 40x. Самым оптимальным будет вариант прибора с наличием объектива в 40х. Фокусировку на объект следует проводить, начиная с малого по кратности объектива (например, с 4х).

Объективы — чем выше кратность, тем профессиональнее

Если предстоит выбрать микроскоп для профессиональных исследований, то нужно обращать внимание на приборы, дающие максимальное увеличение не менее 400х. Это нижняя необходимая для эффективной работы граница. Верхней же границы не установлено и можно выбирать прибор с увеличением в несколько тысяч крат, например, в 2000х. Для серьезных исследований обязательно наличие в револьверной головке 100-кратного объектива.

Подсветка — лучше комбинированная

Как уже известно, она может быть нижняя, верхняя и комбинированная. Лучше всего подойдет прибор именно с комбинированной подсветкой, так как с ее помощью возможно изучать как прозрачные объекты, так и непрозрачные (монеты, насекомых, минералы и т.п.). Также желательно приобрести прибор с галогеновой или со светодиодной подсветкой.

Фокусировка — грубо, но точно

Не забываем, что фокусировка бывает грубой и точной. Для любительских исследований вполне подойдет прибор только с грубой фокусировкой, хотя комбинированный вариант (и с грубой, и с точной) будет более предпочтительней. А вот для профессиональных исследований, тонкая фокусировка просто обязательна.

Штатив

Какие-либо особые требования к штативу не предъявляются, но стоит присмотреться к прибору, штатив которого выполнен из металла или же имеет металлические вставки.

Выводы

Современная промышленность предлагает массу вариантов для плодотворного изучения окружающего мира. Для новичков и школьников, для небольших любительских исследований, отлично подойдут микроскопы с максимальным увеличением до 400–640х. Если же планируются серьезные научные изыскания, то будет необходим прибор от 640х и выше, причем верхней границы, в принципе, не существует. Также стоит обращать внимание на комбинированную подсветку, бинокулярную насадку и возможность записи фото и видео.

Микроскоп без линзы

Вы можете поделиться своими знаниями, улучшив их ( как? ) Согласно рекомендациям соответствующих проектов .

Понятие микроскопа без линзы ( англ . : Lensless imaging ) может обозначать два очень разных типа оптических микроскопов.

  1. микроскоп, использующий принцип линейной голографии для получения изображения. Он используется в биологии для наблюдения за клетками и бактериями в больших количествах и для обнаружения вирусов , где микроскоп с оптическими линзами может наблюдать только клетки или бактерии и не может обнаруживать вирусы [исх. подлежит подтверждению] .
  2. система многочисленных и быстрых снимков, дающих размытое изображение, которое затем значительно улучшено с помощью программного обеспечения деконволюции и алгоритмов сверхвысокого разрешения

Резюме

История

Этот метод был изобретен Деннисом Габором , изобретателем голографии, в 1948 году . Однако технологии того времени не позволяли обрабатывать созданное голографическое изображение. Несколько лабораторий заинтересованы в этой технологии, особенно P г Озкан из Калифорнийского университета в Лос — Анджелесе , и Institut Карно ЛЭТИ из CEA .

Компании Iprasense ( Монпелье ) и Cellemic ( Лос-Анджелес ) продают безлинзовые микроскопические устройства визуализации.

Принцип

Образец освещается лазерным диодом или светоизлучающим диодом (последний затем соединяется с диафрагмой). КМОП — оптический датчик регистрирует сигнал помехи в результате наложения волны облучающего образца и волну , что последние дифрагирует . Затем изображение обрабатывается компьютером для восстановления изображения образца.

Интересы

Безлинзовая микроскопия, использующая принцип поточной голографии, позволяет наблюдать клетки и бактерии в большом количестве (поле зрения не ограничено диаметром обычных оптических компонентов: объективов микроскопа, линз ). Действительно, только размер CMOS-сенсора ограничивает поле зрения; в настоящее время существуют датчики площадью от 24 до 30 мм 2, содержащие 16 миллионов пикселей. Используя алгоритмы, оптимизированные для ограничения времени вычислений, можно снимать культуры клеток.

Еще одно преимущество — очень низкая стоимость и очень ограниченный размер этого устройства. Разработанный как портативный прибор, он может быть развернут как можно ближе к врачам, медсестрам и даже самим пациентам (мы говорим об устройствах для тестирования в местах оказания помощи ); по регионам, которые могут быть далеко от лабораторий.

Разрешение в основном ограничивается размером пикселя датчика CMOS, но методы могут улучшить это.

Безлинзовые микроскопы можно интегрировать в лаборатории на чипах или смартфонах , используя преимущества уже интегрированных датчиков изображения.

Примечания и ссылки

  1. ↑ абвгд и еСтергар и Остерман 2014/2015
  2. ↑ абвгд и еИнженерные методы, 2016 г.
  3. ↑ Сандрин Кабут, « Миниатюрный микроскоп за 1,50 доллара » , на lefigaro.fr , 29 октября 2010 г. (по состоянию на 15 января 2017 г. )
  4. ↑(в) Денниса Габора , « Новый Микроскопическое принцип » , Природа , п о 161, 1948 г. , стр. 777-778 ( читать онлайн )
  5. ↑ бсдеегчя и JЛукас 2015
  6. ↑(in) » Point-Of-Care » на iprasense.com (по состоянию на 30 декабря 2016 г. )
  7. ↑(in) « Голографическая микроскопия без линз » на сайте cellmic.com (по состоянию на 30 декабря 2016 г. )
  8. ↑« Point-Of-Care » , на biomerieux.com (по состоянию на 30 декабря 2016 г. )

Библиография

: документ, использованный в качестве источника для этой статьи.

  • « CEA LETI изобретает микроскоп заново », Инженерные технологии , 13 сентября 2016 г. ( читать онлайн )
  • (ru) Йошт Стергар и Натан Остерман (2014/2015) « Безлинзовая микроскопия и цифровая голография » в семинаре Ib, Fakulteta za matematiko in fiziko .
  • Тьерри Лукас , « Микроскоп освобождается от линз », L’Usine Nouvelle , 7 мая 2015 года ( читать онлайн )
Читайте также  Катушка Тесла на одном транзисторе или качер Бровина

Небывалые клеточные структуры: как работают микроскопы будущего и что в них видно

Качество микроскопов увеличивается от каждого нового способа наблюдения за живыми и неживыми организмами. Последнее прорывное решение — квантовый микроскоп. Ученые утверждают, что в него можно разглядеть ранее недоступные клеточные структуры. Рассказываем подробнее, как работают и меняются микроскопы.

Читайте «Хайтек» в

От чего зависит разрешающая способность микроскопа

Разрешающая способность микроскопа — это способность выдавать чёткое раздельное изображение двух близко расположенных точек объекта. Степень проникновения в микромир, возможности его изучения зависят от разрешающей способности прибора.

Эта характеристика определяется прежде всего длиной волны используемого в микроскопии излучения (видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское излучение). Фундаментальное ограничение заключается в невозможности получить при помощи электромагнитного излучения изображение объекта, меньшего по размерам, чем длина волны этого излучения.

«Проникнуть глубже» в микромир возможно при применении излучений с меньшими длинами волн.

Как работает микроскоп?

Оптическая система предназначена для пространственного преобразования поля излучения до оптической системы (в «пространстве предметов») в поле после оптической системы (в «пространстве изображений»). Такое разделение «пространств» весьма условно, поскольку эти различные с точки зрения изменения структуры поля «пространства» могут в некоторых случаях (например при использовании зеркал) совпадать в трёхмерном физическом пространстве.

Такая организация и достигается путём использования имеющих определённую форму оптических элементов, действие которых проявляется в явлении преломления, отражения и рассеяния излучения. Физической причиной всех этих явлений является интерференция.

Во многих случаях для объяснения действия оптического элемента вполне достаточно применения понятий о сущности этих явлений, без раскрытия роли интерференции, что позволяет описывать поле излучения его формализованной геометрической моделью, основанной на интуитивно понятном представлении о «луче света» и постулате о бесконечно малости длины волны излучения и оптической однородности среды, заполняющей всё пространство, в котором действуют законы геометрической оптики.

Но в случае, когда оказывается необходимым учитывать волновые свойства излучения и принимать во внимание сравнимость размеров оптического элемента с длиной волны излучения, геометрическая оптика начинает давать ошибки, что носит название дифракции, по сути своей не являющейся самостоятельным явлением, а лишь той же интерференцией.

Какие бывают микроскопы

  • Оптические микроскопы

Человеческий глаз представляет собой естественную оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, то есть наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта (воспринимаемыми как точки или линии), при котором они ещё могут быть отличны один от другого.

Для нормального глаза при удалении от объекта на т. н. расстояние наилучшего видения (D = 250 мм), среднестатистическое нормальное разрешение составляет

0,2 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т. п. значительно меньше этой величины.

До середины XX века работали только с видимым оптическим излучением, в диапазоне 400—700 нм, а также с ближним ультрафиолетом (люминесцентный микроскоп). Оптические микроскопы не могли давать разрешающей способности менее полупериода волны опорного излучения (диапазон длин волн 0,2—0,7 мкм, или 200—700 нм).

Таким образом, оптический микроскоп способен различать структуры с расстоянием между точками до

0,20 мкм, поэтому максимальное увеличение, которого можно было добиться, составляло

  • Электронные микроскопы

Пучок электронов, которые обладают свойствами не только частицы, но и волны, может быть использован в микроскопии.

Длина волны электрона зависит от его энергии, а энергия электрона равна E = Ve, где V — разность потенциалов, проходимая электроном, e — заряд электрона. Длины волн электронов при прохождении разности потенциалов 200 000 В составляет порядка 0,1 нм.

Электроны легко фокусировать электромагнитными линзами, так как электрон — заряженная частица. Электронное изображение может быть легко переведено в видимое.

Разрешающая способность электронного микроскопа в 1000—10000 раз превосходит разрешение традиционного светового микроскопа и для лучших современных приборов может быть меньше одного ангстрема.

  • Сканирующие зондовые микроскопы

Класс микроскопов, основанных на сканировании поверхности зондом.

Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ) — относительно новый класс микроскопов. На СЗМ изображение получают путём регистрации взаимодействий между зондом и поверхностью.

На данном этапе развития возможно регистрировать взаимодействие зонда с отдельными атомами и молекулами, благодаря чему СЗМ по разрешающей способности сопоставимы с электронными микроскопами, а по некоторым параметрам превосходят их.

  • Рентгеновские микроскопы

Рентгеновский микроскоп — устройство для исследования очень малых объектов, размеры которых сопоставимы с длиной рентгеновской волны. Основан на использовании электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 1 нанометра.

Рентгеновские микроскопы по разрешающей способности находятся между электронными и оптическими микроскопами. Теоретическая разрешающая способность рентгеновского микроскопа достигает 2-20 нанометров, что на порядок больше разрешающей способности оптического микроскопа (до 150 нанометров). В настоящее время существуют рентгеновские микроскопы с разрешающей способностью около 5 нанометров.

  • Инфракрасная микроскопия

Это метод исследования путём наблюдения образцов через микроскоп в инфракрасном свете. Метод предназначен для исследования образцов очень небольшого размера (порядка микрометров).

Видимый свет, наблюдаемый экспериментатором, и инфракрасный свет, регистрируемый детектором, проходят через одну общую оптическую систему, поэтому изображение в бинокуляре отвечает участку, который анализируется в ИК-излучении.

ИК-микроскопия используется для анализа образцов в очень малом количестве (от 0,01 до 100 мкг) или малых размеров (от 10 –1 до 10 –3 мм), а также концентрационных флуктуаций и включений.

Какие есть недостатки у изобретенных микроскопов?

Производительность световых микроскопов ограничена уровнем случайного шума, который создают элементарные частицы света — кванты электромагнитного излучения, или фотоны. Дискретность фотонов определяет чувствительность, разрешение и скорость оптических приборов.

Для оптимизации этих параметров разработчики обычно идут по пути увеличение интенсивности света и замены обычных его источников лазерными. Но использование лазерных микроскопов не всегда возможно при исследовании биологических систем, поскольку яркие лазеры могут разрушить живую клетку.

Как наука продвинулась в разработке микроскопов?

Последнее крупное открытие в этой сфере было сделано в начале июня 2021 года. Ученые из Австралии и Германии создали квантовый микроскоп, способный разглядеть невидимые ранее клеточные структуры.

По мнению авторов, это открывает путь для создания новых биотехнологий и практических приложений — от навигации до медицинской визуализации. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Исследователи из Университета Квинсленда предположили, что биологическая визуализация может быть улучшена без увеличения интенсивности света, с помощью квантовых фотонных корреляций.

Вместе с немецкими коллегами из Ростокского университета они экспериментально доказали, что с помощью квантовых корреляций можно получить отношение сигнал/шум на 35 процентов выше, чем при обычной микроскопии без фотоповреждения. Значительно выше при такой технологии и скорость обработки изображений.

Как работает квантовый микроскоп?

Создатели квантового микроскопа сделали установку, представляющую из себя когерентный рамановский микроскоп с субволновым разрешением и ярким квантово-коррелированным освещением, позволяющий визуализировать молекулярные связи внутри клетки.

Микроскоп основан на науке о квантовой запутанности — эффекте, который Эйнштейн описал как «жуткие взаимодействия на расстоянии». Это первый в мире датчик на основе запутывания с характеристиками, превосходящими лучшие из существующих технологий. Его создание приведет к появлению различных видов новых технологий — от новейших навигационных систем до более совершенных аппаратов. Квантовая запутанность в нашем микроскопе обеспечивает на 35 процентов улучшенную четкость без разрушения клетки, позволяя видеть мельчайшие биологические структуры, которые в противном случае были бы невидимы.

Уорвика Боуэна, профессор из лаборатории квантовой оптики и Центра передового опыта для инженерных квантовых систем Австралийского исследовательского совета

Главным успехом нового метода авторы считают преодоление так называемого победу над принципами традиционной световой микроскопии, не способной проникнуть внутрь живой клетки.

ГДЗ биология 5 класс Пасечник С бабочкой Дрофа 2020 Линейный курс Задание: 7 Увеличительные приборы

Рабочая тетрадь по биологии 5 класс Пасечник, Швецов, Демичева Дрофа 2020. Линейный курс

Научный метод «наблюдение» представляет собой комплекс целенаправленных восприятий явлений объективной действительности, в процессе которых наблюдатель может получать знания о внешних сторонах, свойствах, реакциях изучаемого конкретного объекта.

№ 2. Какие увеличительные приборы вы знаете? Для чего их применяют?

Увеличительные приборы позволяют увеличить изображение в несколько сотен раз, чтобы более детально изучить их внешние характеристики. Я знаю такие увеличительные приборы:

Читайте также  Удаление ржавчины с помощью пищевой соды

Лупа – это простой прибор, который позволяет получить увеличенное до 20 раз изображение. С его помощью можно только увидеть клетки, но вот изучить их строение не удастся;

Микроскоп – это более сложный прибор, позволяющий не только рассмотреть, но и изучить самые мелкие предметы, так как его увеличительная способность достигает нескольких тысяч раз;

Телескоп – это прибор, который предназначен для наблюдения за небесными телами, однако под таким понятием еще подразумевают оптическую телескопическую систему, применяющуюся не обязательно для астрономических целей.

Стр. 51. Лабораторная работа «Устройство лупы и рассматривание с её помощью клеточного строения растений»

Рассматриваем ручную лупу. Это достаточно простой прибор, который позволяет увидеть предмет, увеличенным в 20 раз. Лупа состоит из ручки, необходимой для удерживания прибора в руке, и оправы, на которой крепится увеличительное стекло. При помощи лупы легко можно рассмотреть некоторые части и клетки исследуемого предмета, однако строение этих клеток увидеть не получится.

Рассматриваем невооружённым глазом мякоть полуспелого плода томата, арбуза, яблока. Невооруженным глазом можно увидеть, что мякоть плода томата и арбуза рыхлая, мягкая. Мякоть плода яблока немного плотнее, но также имеет рыхлую структуру. У всех плодов она состоит из мелких крупинок, которые словно «кирпичики» образовывают структуру плода.

Рассматриваем кусочки мякоти плодов под лупой. Для этого ручную лупу держим близко к глазу, а биологический объект приближаем к лупе (или лупу к объекту) до тех пор, пока не получим чёткого изображения. Рассматривая кусочки мякоти плодов арбуза, яблока и томата под лупой, можно увидеть разное строение их клеток. Например, у мякоти плода помидора и арбуза клетки округлые, прозрачные, бледно-розовые. У мякоти яблока клетки бесцветные. В мякоти всех плодов клетки имеют оболочку, которая не придает им определенную форму, не дает растекаться цитоплазме и внутри которой находятся органеллы.

Зарисовываем увиденное в тетрадь, рисунки подписываем.

A picture containing text Description automatically generated

Вывод:

Невооруженным глазом разглядеть клетки, из которых состоит мякоть плодов арбуза, яблока или томата, невозможно. Удается лишь оценить ее структуру: рыхлая, мягкая, в виде зернышек. При помощи лупы можно увидеть клетки, которые у каждой мякоти разные. Например, у яблока они светлые, полупрозрачные. А у арбуза и томата – бледно-розовые, округлые. Также с помощью лупы можно увидеть, что все клетки имеют клеточную стенку, которая держит форму.

Стр. 53. Лабораторная работа. «Устройство микроскопа и приёмы работы с ним».

Рассматриваем микроскоп. Находим тубус, окуляр, объектив, штатив с предметным столиком, зеркало, винты. Выясняем, какое значение имеет каждая часть.

Тубус представляет собой зрительную трубку, в которую вставляются увеличительные стекла.

Окуляр – это верхняя часть тубуса, через которую можно увидеть изображение в микроскопе.

Штатив – это специальное приспособление, которое служит соединяющим и удерживающим креплением для всех частей микроскопа.

Объектив – это нижняя часть тубуса, позволяющая еще больше увеличивать рассматриваемый объект при помощи дополнительных увеличительных стекол.

Винты – это механизмы, которые нужны для того, чтобы настраивать в окуляре максимально четкое изображение.

Зеркало – это еще одна деталь микроскопа, которая предназначена для улавливания солнечных лучей и направления их на располагающийся на предметном столике объект.

Предметный столик – это подставка, у которой по центру есть отверстие, предназначенная для размещения стеклянной пластины (предметного стекла) с изучаемым объектом.

Определяем, во сколько раз микроскоп увеличивает изображение объекта. В среднем микроскоп может увеличить изображение объекта до 3600 раз. Чтобы узнать, какое увеличение дает тот или иной прибор, необходимо перемножить увеличительные возможности объектива (это обычно подписано на соответствующих частях микроскопа) на увеличительные возможности окуляра.

Знакомимся с правилами пользования микроскопом.

Отрабатываем последовательность действий при работе с микроскопом: установка микроскопа, чищение от пыли окуляра и зеркала, начало работы с малого увеличения, изучение объекта при большом увеличении, уборка прибора в места его хранения.

Вывод:

Микроскоп является важным оптическим прибором, который необходим для проведения биологических исследований. Он имеет сложное строение и требует соблюдения правил при обращении с ним. С его помощью можно увидеть детальное строение клетки, ее состав.

Стр. 53. Вопросы после параграфа

№ 1. Какие увеличительные приборы используются для изучения микроскопических объектов?

Для изучения микроскопических объектов используются такие увеличительные приборы, как лупа и микроскоп.

№ 2. Что представляет собой лупа и какое увеличение она даёт?

Лупа является самым простым из увеличительных приборов. Она бывает двух видов – ручная и штативная. Ручная лупа состоит из ручки, за которую нужно держать прибор при использовании, и увеличительного стекла. Увеличительное стекло имеют выпуклую с двух сторон форму и вставлено в оправу.

Для изучения объекта лупу берут за ручку (рукоятку) и подносят к предмету на то расстояние, при котором его изображение будет видно максимально четко. Такая лупа позволяет увеличить изображение предмета в 2 – 20 раз.

Штативная лупа – это аналог ручной лупы. Ее конструкция немного сложнее: в оправу вставлены два увеличительных стекла, которые крепятся на штативе. К штативу также присоединен предметный столик, на котором есть зеркало и отверстие. Такая лупа позволяет увеличить изображение предмета в 10 – 25 раз.

№ 3. Как устроен световой микроскоп?

Световой микроскоп состоит из таких основных элементов, как объектив и окуляр, которые закреплены в подвижном тубусе. Тубус располагается на металлическом основании или штативе. Также к штативу крепится предметный столик. В тубус вставляются линзы.

На верхнем конце тубуса находится окуляр, состоящий из оправы и двух увеличительных стекол. На нижнем конце тубуса – объектив, который состоит из оправы и нескольких увеличительных стекол.

У современных моделей светового микроскопа также есть специальная осветительная система, которая состоит из нескольких линз. В учебном приборе ее роль выполняет вогнутое зеркало.

Предметный столик у микроскопа выполняет роль поверхности, на которой располагается микроскопический препарат. В центре у него есть отверстие, которое пропускает свет, отражаемый зеркалом.

№ 4. Как узнать, какое увеличение даёт микроскоп?

Микроскоп позволяет получить максимальное увеличение изучаемого предмета до 3600 раз. Чтобы точно узнать, какое же увеличение дает микроскоп, нужно умножить число, которое указано на окуляре, на число, которое указано на используемом объективе.

Пример: на окуляре написано «10», а на объективе «20». Это значит, что: 10 умножаем на 20 и получаем 200. Микроскоп дает увеличение в 200 раз.

Стр. 53. Подумайте

Почему с помощью светового микроскопа нельзя изучать непрозрачные предметы?

При помощи светового микроскопа можно изучать только прозрачные объекты, например, тонкий срез растительной или животной ткани. Все потому, что под стеклом прибора располагается источник света или зеркало, лучи которого проходят сквозь изучаемый предмет и попадают на систему линз объектива. Эти линзы и позволяют получить увеличенное изображение. Если предмет будет непрозрачным, то лучи от зеркала или источника света просто не смогут пройти сквозь него, а значит, не удастся получить нужное изображение.

Стр. 54. Задание

Выучите правила работы с микроскопом.

Работу с микроскопом нужно проводить только сидя.

Перед началом работы прибор нужно осмотреть, протереть от пыли окуляр, зеркало, объективы мягкой салфеткой.

Устанавливается микроскоп на ровной поверхности, примерно за 5 – 10 см от края.

Начинать работу с микроскопом нужно с малого увеличения. Для этого объектив опускают в рабочее расстояние – примерно на 1 см от предметного стекла.

Пользуясь зеркалом с вогнутой стороной, нужно направить свет от окна в объектив, а после максимально равномерно осветить поле зрения.

На предметный столик положить микропрепарат. Далее вращать винт наводки на себя, плавно поднимая при этом объектив до тех пор, пока в окуляр не будет хорошо видно изображение объекта.

Для изучения при большем увеличении настроить объектив.

После завершения исследования установить малое увеличение, поднять объектив, убрать препарат с предметного столика, протереть все части микроскопа и убрать его в место хранения.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: