معلومة

2.3: أدوات الفحص المجهري - علم الأحياء

2.3: أدوات الفحص المجهري - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

مهارات التطوير

  • تحديد ووصف أجزاء مجهر المجال الساطع
  • احسب التكبير الكلي لمجهر مركب
  • وصف السمات المميزة والاستخدامات النموذجية لأنواع مختلفة من المجاهر الضوئية ، والمجاهر الإلكترونية ، ومجاهر مجسات المسح

فتح رواد المجهر الأوائل نافذة على العالم غير المرئي للكائنات الحية الدقيقة. لكن الفحص المجهري استمر في التقدم في القرون التي تلت ذلك. في عام 1830 ، ابتكر جوزيف جاكسون ليستر مجهرًا ضوئيًا حديثًا بشكل أساسي. شهد القرن العشرين تطور المجاهر التي استفادت من الضوء غير المرئي ، مثل الفحص المجهري الفلوري ، الذي يستخدم مصدر ضوء فوق بنفسجي ، والمجهر الإلكتروني ، الذي يستخدم أشعة إلكترونية قصيرة الموجة. أدت هذه التطورات إلى تحسينات كبيرة في التكبير والقرار والتباين. بالمقارنة ، كانت المجاهر البدائية نسبيًا لفان ليفينهوك ومعاصريه أقل قوة بكثير حتى من أكثر المجاهر الأساسية المستخدمة اليوم. في هذا القسم ، سنقوم بمسح النطاق الواسع للتكنولوجيا المجهرية الحديثة والتطبيقات الشائعة لكل نوع من أنواع المجهر.

المجهر الضوئي

تندرج العديد من أنواع المجاهر تحت فئة المجاهر الضوئية ، والتي تستخدم الضوء لتصور الصور. تتضمن أمثلة المجاهر الضوئية مجاهر المجال الساطع ، مجاهر المجال المظلم ، مجاهر تباين الطور ، مجاهر تباين التداخل التفاضلي ، مجاهر التألق ، مجاهر ليزر المسح متحد البؤر ، ومجاهر ثنائية الفوتون. يمكن استخدام هذه الأنواع المختلفة من المجاهر الضوئية لتكمل بعضها البعض في التشخيص والبحث.

مجاهر برايتفيلد

مجهر المجال البراق ، ربما يكون أكثر أنواع المجهر استخدامًا ، هو مجهر مركب به عدستان أو أكثر تنتج صورة داكنة على خلفية ساطعة. بعض مجاهر المجال الساطع أحادية العين (لها عدسة واحدة) ، على الرغم من أن معظم مجاهر المجال الساطع الأحدث هي مجهر ثنائي العين (بها عدستان) ، مثل المجهر الموضح في الشكل ( PageIndex {1} ) ؛ في كلتا الحالتين ، تحتوي كل عدسة على عدسة تسمى عدسة العين. تقوم العدسات العينية عادة بتكبير الصور 10 مرات (10⨯). في الطرف الآخر من أنبوب الجسم توجد مجموعة من العدسات الموضوعية على قطعة أنف دوارة. عادةً ما يتراوح تكبير هذه العدسات الموضوعية من 4 إلى 100 درجة ، مع تكبير كل عدسة على الغلاف المعدني للعدسة. تعمل العدسات العينية والموضوعية معًا لإنشاء صورة مكبرة. التكبير الكلي هو نتاج تكبير العين مرات التكبير الموضوعي:

[ نص {تكبير العين × التكبير الموضوعي} ؛ مرات ؛ نص {تضخيم موضوعي} ]

على سبيل المثال ، إذا تم تحديد عدسة موضوعية بزاوية 40 درجة وكانت العدسة العينية 10 درجات ، فسيكون التكبير الكلي

(40×)(10×)=400×

الشكل ( PageIndex {1} ): مكونات مجهر حقل مشرق نموذجي.

مكونات مجهر حقل مشرق نموذجي.

العنصر الذي يتم عرضه يسمى عينة. توضع العينة على شريحة زجاجية ، ثم يتم قصها في مكانها على المسرح (منصة) من المجهر. بمجرد تأمين الشريحة ، يتم وضع العينة الموجودة على الشريحة فوق الضوء باستخدام مقابض المرحلة الميكانيكية x-y. تعمل هذه المقابض على تحريك الشريحة على سطح المسرح ، ولكنها لا ترفع أو تنزل المرحلة. بمجرد أن يتم توسيط العينة فوق الضوء ، يمكن رفع موضع المرحلة أو خفضه لتركيز الصورة. يستخدم مقبض التركيز الخشن للحركات واسعة النطاق مع عدسات موضوعية 4⨯ و 10⨯ ؛ يستخدم مقبض التركيز الدقيق للحركات صغيرة النطاق ، خاصة مع العدسات الموضوعية 40 درجة أو 100 درجة.

عندما يتم تكبير الصور ، فإنها تصبح باهتة نظرًا لوجود ضوء أقل لكل وحدة مساحة من الصورة. لذلك ، تتطلب الصور المكبرة للغاية التي تنتجها المجاهر إضاءة مكثفة. في مجهر المجال الساطع ، يتم توفير هذا الضوء بواسطة جهاز إضاءة ، والذي يكون عادةً مصباحًا عالي الكثافة أسفل المسرح. يمر الضوء المنبعث من خلال العدسة المكثفة (الموجودة أسفل المسرح) ، والتي تركز كل أشعة الضوء على العينة لزيادة الإضاءة إلى أقصى حد. يمكن تحسين موضع المكثف باستخدام مقبض تركيز المكثف المرفق ؛ بمجرد تحديد المسافة المثلى ، لا ينبغي تحريك المكثف لضبط السطوع. إذا كانت هناك حاجة إلى مستويات إضاءة أقل من الحد الأقصى ، يمكن ضبط كمية الضوء التي تضرب العينة بسهولة عن طريق فتح أو إغلاق الحجاب الحاجز بين المكثف والعينة. في بعض الحالات ، يمكن أيضًا ضبط السطوع باستخدام المتغير المتغير ، وهو مفتاح باهتة يتحكم في شدة الإنارة.

ينشئ مجهر المجال الساطع صورة عن طريق توجيه الضوء من المنور إلى العينة ؛ ينتقل هذا الضوء أو يمتص أو ينعكس أو ينكسر بشكل تفاضلي بواسطة هياكل مختلفة. يمكن أن تتصرف الألوان المختلفة بشكل مختلف لأنها تتفاعل مع الكروموفورات (أصباغ تمتص وتعكس أطوال موجية معينة من الضوء) في أجزاء من العينة. في كثير من الأحيان ، يتم إضافة الكروموفورات بشكل مصطنع إلى العينة باستخدام البقع ، والتي تعمل على زيادة التباين والدقة. بشكل عام ، ستظهر الهياكل في العينة أغمق ، بدرجات مختلفة ، من الخلفية الساطعة ، مما يؤدي إلى إنشاء صور حادة للغاية عند التكبير حتى حوالي 1000 درجة. قد يؤدي التكبير الإضافي إلى إنشاء صورة أكبر ، ولكن بدون زيادة الدقة. هذا يسمح لنا برؤية الأشياء الصغيرة مثل البكتيريا ، والتي تكون مرئية عند حوالي 400 درجة أو نحو ذلك ، ولكن ليس الكائنات الأصغر مثل الفيروسات.

في حالات التكبير العالية جدًا ، قد تتأثر الدقة عندما يمر الضوء عبر كمية صغيرة من الهواء بين العينة والعدسة. ويرجع ذلك إلى الاختلاف الكبير بين مؤشرات الانكسار للهواء والزجاج ؛ ينثر الهواء أشعة الضوء قبل أن تتمكن العدسة من تركيزها. لحل هذه المشكلة ، يمكن استخدام قطرة زيت لملء الفراغ بين العينة وعدسة الغمر بالزيت ، وهي عدسة خاصة مصممة للاستخدام مع زيوت الغمر. نظرًا لأن للزيت معامل انكسار مشابه جدًا لمؤشر الزجاج ، فإنه يزيد من أقصى زاوية يمكن للضوء الذي يغادر العينة أن يضرب العدسة عندها. يؤدي ذلك إلى زيادة الضوء الذي يتم تجميعه وبالتالي زيادة دقة الصورة (الشكل ( PageIndex {2} )). يمكن استخدام مجموعة متنوعة من الزيوت لأنواع مختلفة من الضوء.

الشكل ( PageIndex {2} ): (أ) تُستخدم عدسات الغمر بالزيت مثل هذه لتحسين الدقة. (ب) نظرًا لأن زيت الغمر والزجاج لهما مؤشرات انكسار متشابهة جدًا ، فهناك حد أدنى من الانكسار قبل وصول الضوء إلى العدسة. بدون زيت الغمر ، يتشتت الضوء أثناء مروره عبر الهواء فوق الشريحة ، مما يؤدي إلى تدهور دقة الصورة.

حتى المجهر القوي جدًا لا يمكنه تقديم صور عالية الدقة إذا لم يتم تنظيفه وصيانته بشكل صحيح. نظرًا لأن العدسات مصممة ومصنعة بعناية لكسر الضوء بدرجة عالية من الدقة ، فحتى العدسات المتسخة قليلاً أو المخدوشة ستكسر الضوء بطرق غير مقصودة ، مما يؤدي إلى تدهور صورة العينة. بالإضافة إلى ذلك ، تعتبر المجاهر أدوات دقيقة إلى حد ما ، ويجب توخي الحذر الشديد لتجنب إتلاف الأجزاء والأسطح. من بين أمور أخرى ، تشمل العناية المناسبة بالمجهر ما يلي:

  • تنظيف العدسات بورق العدسات
  • عدم السماح للعدسات بالاتصال بالشريحة (على سبيل المثال ، عن طريق تغيير التركيز بسرعة)
  • حماية المصباح (إن وجد) من الكسر
  • عدم دفع الهدف إلى الانزلاق
  • عدم استخدام مقبض التركيز البؤري الخشن عند استخدام العدسات الموضوعية 40 درجة أو أكثر
  • فقط باستخدام زيت الغمر مع هدف زيتي متخصص ، وعادة ما يكون هدف 100 درجة
  • تنظيف الزيت من العدسات الغاطسة بعد استخدام المجهر
  • تنظيف أي زيت تم نقله عن طريق الخطأ من عدسات أخرى
  • تغطية المجهر أو وضعه في خزانة عندما لا يكون قيد الاستعمال

مجهر داركفيلد

مجهر المجال المظلم هو مجهر حقل مشرق يحتوي على تعديل صغير ولكنه مهم للمكثف. يتم وضع قرص صغير معتم (قطره حوالي 1 سم) بين الإنارة وعدسة المكثف. هذا الضوء المعتم ، كما يسمى القرص ، يحجب معظم الضوء من المصباح أثناء مروره عبر المكثف في طريقه إلى العدسة الموضوعية ، مما ينتج عنه مخروط مجوف من الضوء يركز على العينة. الضوء الوحيد الذي يصل إلى الهدف هو الضوء الذي انكسر أو انعكس بواسطة الهياكل في العينة. تظهر الصورة الناتجة عادةً كائنات ساطعة على خلفية داكنة (الشكل ( PageIndex {3} ))

الشكل ( PageIndex {3} ): يتم استخدام نقطة توقف ضوئية غير شفافة يتم إدخالها في مجهر المجال الساطع لإنتاج صورة حقل مظلم. يمنع توقف الضوء الضوء الذي ينتقل مباشرة من المصباح إلى العدسة الموضوعية ، مما يسمح فقط للضوء المنعكس أو المنكسر من العينة بالوصول إلى العين.

يتم استخدام نقطة توقف ضوئية غير شفافة يتم إدخالها في مجهر المجال الساطع لإنتاج صورة حقل مظلم. يمنع توقف الضوء الضوء الذي ينتقل مباشرة من المصباح إلى العدسة الموضوعية ، مما يسمح فقط للضوء المنعكس أو المنكسر من العينة بالوصول إلى العين.

غالبًا ما ينتج عن الفحص المجهري Darkfield صورًا عالية التباين وعالية الدقة للعينات دون استخدام البقع ، وهو أمر مفيد بشكل خاص لعرض العينات الحية التي قد يتم قتلها أو تعرضها للخطر بسبب البقع. على سبيل المثال ، اللولبيات الرقيقة مثل اللولبية الشاحبة، العامل المسبب لمرض الزهري ، يمكن رؤيته بشكل أفضل باستخدام مجهر darkfield (الشكل ( PageIndex {4} )).

الشكل ( PageIndex {4} ): يسمح لنا استخدام مجهر المجال المظلم بمشاهدة عينات حية غير ملوثة من اللولبية الشاحبة. على غرار الصور الفوتوغرافية السلبية ، تبدو اللولبيات مشرقة على خلفية داكنة. (الائتمان: مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها)

يسمح لنا استخدام مجهر المجال المظلم بمشاهدة عينات حية غير ملوثة من اللولبيات اللولبية الشاحبة. (الائتمان: مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها / سي دبليو هوبارد)

تمرين ( PageIndex {1} )

حدد الاختلافات الرئيسية بين الفحص المجهري للحقل المشرق والحقل المظلم.

يمكن أن تحدث التهابات الجروح مثل عدوى سيندي بسبب أنواع مختلفة من البكتيريا ، يمكن أن ينتشر بعضها بسرعة مع مضاعفات خطيرة. يعد تحديد السبب المحدد أمرًا مهمًا للغاية لاختيار دواء يمكن أن يقتل أو يوقف نمو البكتيريا.

بعد الاتصال بطبيب محلي حول حالة سيندي ، ترسل ممرضة المخيم عينة من الجرح إلى أقرب مختبر طبي. لسوء الحظ ، نظرًا لأن المخيم يقع في منطقة نائية ، فإن أقرب مختبر صغير وسيئ التجهيز. من المحتمل أن يستخدم المختبر الأكثر حداثة طرقًا أخرى لاستنبات البكتيريا ونموها والتعرف عليها ، ولكن في هذه الحالة ، يقرر الفني صنع حامل مبلل من العينة ومشاهدته تحت مجهر حقل مشرق. في التركيب المبلل ، تُضاف قطرة صغيرة من الماء إلى الشريحة ، ويتم وضع زلة غطاء فوق العينة لإبقائها في مكانها قبل وضعها أسفل العدسة الموضوعية.

تحت مجهر المجال الساطع ، بالكاد يستطيع الفني رؤية خلايا البكتيريا لأنها شبه شفافة مقابل الخلفية الساطعة. لزيادة التباين ، يقوم الفني بإدراج توقف ضوئي معتم فوق المصباح. تظهر صورة المجال المظلم الناتجة بوضوح أن خلايا البكتيريا كروية ومجمعة في مجموعات ، مثل العنب.

  • لماذا من المهم تحديد شكل وأنماط نمو الخلايا في العينة؟
  • ما هي أنواع الفحص المجهري الأخرى التي يمكن استخدامها بشكل فعال لعرض هذه العينة؟

مجاهر تباين الطور

تستخدم مجاهر تباين الطور الانكسار والتداخل الناجم عن الهياكل في العينة لإنشاء صور عالية التباين وعالية الدقة دون تلطيخ. إنه أقدم وأبسط أنواع المجاهر التي تخلق صورة عن طريق تغيير الأطوال الموجية لأشعة الضوء التي تمر عبر العينة. لإنشاء مسارات طول موجة متغيرة ، يتم استخدام نقطة توقف حلقي في المكثف. ينتج عن التوقف الحلقي مخروط مجوف من الضوء يركز على العينة قبل الوصول إلى العدسة الشيئية. يحتوي الهدف على لوحة طور تحتوي على حلقة طور. نتيجة لذلك ، يمر الضوء الذي ينتقل مباشرة من المصباح عبر حلقة الطور بينما ينكسر الضوء أو ينعكس بواسطة العينة عبر اللوحة. يؤدي هذا إلى خروج الموجات التي تنتقل عبر الحلقة بمقدار نصف الطول الموجي تقريبًا عن الطور مع الموجات التي تمر عبر الصفيحة. نظرًا لأن الموجات لها قمم وقيعان ، فيمكنها أن تضيف معًا (إذا كانت في طور معًا) أو تلغي بعضها البعض (إذا كانت خارج الطور). عندما تكون الأطوال الموجية خارج الطور ، فإن قيعان الموجة ستلغي قمم الموجة ، وهو ما يسمى التداخل المدمر. تظهر الهياكل التي تكسر الضوء ثم مظلمة على خلفية ساطعة للضوء غير المنكسر فقط. بشكل عام ، ستختلف الهياكل التي تختلف في الميزات مثل معامل الانكسار في مستويات الظلام (الشكل ( PageIndex {5} )).

الشكل ( PageIndex {5} ): يوضح هذا الرسم البياني لمجهر تباين الطور اختلافات الطور بين الضوء الذي يمر عبر الكائن والخلفية. يتم إنتاج هذه الاختلافات عن طريق تمرير الأشعة عبر أجزاء مختلفة من لوحة الطور. يتم تثبيت أشعة الضوء في مستوى الصورة ، مما ينتج عنه تباينًا بسبب تداخلها.

يوضح هذا الرسم البياني لمجهر تباين الطور اختلافات الطور بين الضوء الذي يمر عبر الكائن والخلفية. يتم تثبيت أشعة الضوء في مستوى الصورة ، مما ينتج عنه تباينًا بسبب تداخلها.

نظرًا لأنه يزيد من التباين دون الحاجة إلى البقع ، غالبًا ما يستخدم الفحص المجهري على تباين الطور لمراقبة العينات الحية. بعض الهياكل ، مثل العضيات في الخلايا حقيقية النواة والأبواغ في الخلايا بدائية النواة ، يتم تصورها جيدًا بشكل خاص باستخدام الفحص المجهري الطوري (الشكل ( PageIndex {6} )).

الشكل ( PageIndex {6} ): يقارن هذا الشكل صورة حقل مشرق (يسار) مع صورة تباين طور (يمين) لنفس الخلايا الظهارية الحرشفية البسيطة غير الملوثة. توجد الخلايا في وسط وأسفل يمين كل صورة (العنصر غير المنتظم فوق الخلايا هو حطام لا خلوي). لاحظ أن الخلايا غير الملوثة في صورة المجال الساطع تكون غير مرئية تقريبًا مقابل الخلفية ، بينما تبدو الخلايا في صورة تباين الطور وكأنها تتوهج على الخلفية ، لتكشف عن مزيد من التفاصيل.

يقارن هذا الشكل صورة حقل مشرق (يسار) مع صورة تباين طور (يمين) لنفس الخلايا الظهارية الحرشفية البسيطة غير الملوثة. لاحظ أن الخلايا غير الملوثة في صورة المجال الساطع تكون غير مرئية تقريبًا مقابل الخلفية ، بينما تبدو الخلايا في صورة تباين الطور وكأنها تتوهج على الخلفية ، لتكشف عن مزيد من التفاصيل. (الائتمان: "Clearly kefir" / ويكيميديا ​​كومنز)

مجاهر التداخل التفاضلي

مجاهر تباين التداخل التفاضلي (DIC) (المعروفة أيضًا باسم بصريات نومارسكي) تشبه مجاهر تباين الطور من حيث أنها تستخدم أنماط التداخل لتعزيز التباين بين الميزات المختلفة للعينة. في مجهر مدينة دبي للإنترنت ، يتم إنشاء حزمتين من الضوء يختلف فيهما اتجاه حركة الموجة (الاستقطاب). بمجرد أن تمر الحزم عبر العينة أو الفضاء الخالي من العينات ، يتم إعادة تجميعها وتسبب تأثيرات العينات اختلافات في أنماط التداخل الناتجة عن تجميع الحزم. ينتج عن هذا صور عالية التباين للكائنات الحية ذات المظهر ثلاثي الأبعاد. هذه المجاهر مفيدة بشكل خاص في تمييز الهياكل داخل العينات الحية غير الملوثة. (الشكل ( PageIndex {7} )).

الشكل ( PageIndex {7} ): صورة مدينة دبي للإنترنت لـ Fonsecaea pedrosoi نمت على أجار ليوني معدل. تسبب هذه الفطريات داء الأروميات الصبغي ، وهو عدوى جلدية مزمنة شائعة في المناخات الاستوائية وشبه الاستوائية.

صورة مدينة دبي للإنترنت من Fonsecaea Pedrosoi نمت على أجار ليوني المعدل. تسبب هذه الفطريات داء الأروميات الصبغي ، وهو عدوى جلدية مزمنة شائعة في المناخات الاستوائية وشبه الاستوائية.

تمرين ( PageIndex {2} )

ما هي بعض مزايا الطور التباين و DIC المجهري؟

مجاهر الإسفار

يستخدم مجهر الفلورة الصبغيات الفلورية المسماة الفلوروكرومات ، والتي تكون قادرة على امتصاص الطاقة من مصدر الضوء ثم انبعاث هذه الطاقة كضوء مرئي. تشتمل الفلوروكرومات على مواد فلورية طبيعية (مثل الكلوروفيل) بالإضافة إلى بقع الفلورسنت التي تضاف إلى العينة لإحداث تباين. تعتبر الأصباغ مثل Texas red و FITC أمثلة على الفلوروكروم. وتشمل الأمثلة الأخرى صبغات الحمض النووي 4 'و 6'-Diamidino-2-phenylindole (DAPI) والبرتقال أكريدين.

ينقل المجهر ضوء الإثارة ، بشكل عام شكلاً من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي بطول موجي قصير ، مثل الأشعة فوق البنفسجية أو الضوء الأزرق ، باتجاه العينة ؛ تمتص الكروموفورات ضوء الإثارة وتنبعث منها الضوء المرئي بأطوال موجية أطول. ثم يتم تصفية ضوء الإثارة (جزئيًا لأن الأشعة فوق البنفسجية ضارة بالعينين) بحيث يمر الضوء المرئي فقط عبر عدسة العين. ينتج عن هذا صورة للعينة بألوان زاهية على خلفية داكنة.

المجاهر الفلورية مفيدة بشكل خاص في علم الأحياء الدقيقة السريرية. يمكن استخدامها لتحديد مسببات الأمراض ، للعثور على أنواع معينة داخل البيئة ، أو للعثور على مواقع جزيئات وهياكل معينة داخل الخلية. تم أيضًا تطوير مناهج للتمييز بين الخلايا الحية والميتة باستخدام الفحص المجهري الفلوري بناءً على ما إذا كانت تأخذ شكل فلوروكروم معين. في بعض الأحيان ، يتم استخدام الفلوروكروميات المتعددة في نفس العينة لإظهار هياكل أو ميزات مختلفة.

أحد أهم تطبيقات الفحص المجهري الفلوري هو تقنية تسمى التألق المناعي ، والتي تستخدم لتحديد بعض الميكروبات المسببة للأمراض من خلال مراقبة ما إذا كانت الأجسام المضادة مرتبطة بها. (الأجسام المضادة هي جزيئات بروتينية ينتجها الجهاز المناعي وترتبط بمسببات أمراض معينة لقتلها أو تثبيطها.) هناك طريقتان لهذه التقنية: مقايسة التألق المناعي المباشر (DFA) ومقايسة التألق المناعي غير المباشر (IFA). في DFA ، تكون الأجسام المضادة المحددة (على سبيل المثال ، تلك التي تستهدف فيروس داء الكلب) ملطخة بالفلوروكروم. إذا كانت العينة تحتوي على العامل الممرض المستهدف ، فيمكن للمرء أن يلاحظ ارتباط الأجسام المضادة بالعامل الممرض تحت المجهر الفلوري. وهذا ما يسمى بصمة الأجسام المضادة الأولية لأن الأجسام المضادة الملطخة تلتصق مباشرة بالعامل الممرض.

في IFA ، تكون الأجسام المضادة الثانوية ملطخة بالفلوروكروم بدلاً من الأجسام المضادة الأولية. لا ترتبط الأجسام المضادة الثانوية مباشرة بالعوامل الممرضة ، لكنها ترتبط بالأجسام المضادة الأولية. عندما ترتبط الأجسام المضادة الأولية غير الملوثة بالعامل الممرض ، يمكن ملاحظة ارتباط الأجسام المضادة الثانوية الفلورية بالأجسام المضادة الأولية. وبالتالي ، فإن الأجسام المضادة الثانوية ترتبط بشكل غير مباشر بمسببات الأمراض.نظرًا لأن العديد من الأجسام المضادة الثانوية يمكن أن ترتبط غالبًا بجسم مضاد أولي ، فإن IFA يزيد من عدد الأجسام المضادة الفلورية المرتبطة بالعينة ، مما يسهل تصور الميزات في العينة (الشكل ( PageIndex {8} )).

الشكل ( PageIndex {8} ): (أ) يتم استخدام صبغة الفلورسنت المناعي المباشر لتصور النيسرية البنية ، وهي البكتيريا المسببة لمرض السيلان. (ب) تستخدم صبغة الفلورسنت المناعي غير المباشرة لتصور يرقات البلهارسيا المنسونية ، وهي دودة طفيلية تسبب داء البلهارسيات ، وهو مرض معوي شائع في المناطق المدارية. (ج) في التألق المناعي المباشر ، يتم امتصاص البقعة بواسطة جسم مضاد أولي ، والذي يرتبط بالمستضد. في التألق المناعي غير المباشر ، يتم امتصاص البقعة بواسطة جسم مضاد ثانوي ، والذي يرتبط بجسم مضاد أولي ، والذي بدوره يرتبط بالمستضد. (الائتمان أ: تعديل العمل من قبل مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها ؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها)

(أ) يتم استخدام صبغة الفلورسنت المناعي المباشر للتخيل النيسرية البنية، البكتيريا المسببة لمرض السيلان. (ب) يتم استخدام صبغة الفلورسنت المناعي غير المباشرة لتصور يرقات البلهارسيا المنسونية، دودة طفيلية تسبب داء البلهارسيات ، وهو مرض معوي شائع في المناطق المدارية. (الائتمان أ: تعديل العمل من قبل مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها ؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها / الدكتور سولزر)

تمرين ( PageIndex {3} )

لماذا يجب استخدام الفلوروكرومات لفحص عينة تحت مجهر مضان؟

مجاهر متحد البؤر

في حين أن الأشكال الأخرى من الفحص المجهري للضوء تخلق صورة يتم تركيزها إلى أقصى حد على مسافة واحدة من المراقب (العمق ، أو المستوى z) ، يستخدم مجهر متحد البؤر الليزر لمسح عدة مستويات z على التوالي. ينتج عن هذا العديد من الصور ثنائية الأبعاد عالية الدقة على أعماق مختلفة ، والتي يمكن إنشاؤها في صورة ثلاثية الأبعاد بواسطة الكمبيوتر. كما هو الحال مع المجاهر الفلورية ، تستخدم البقع الفلورية بشكل عام لزيادة التباين والدقة. يتم تحسين وضوح الصورة بشكل أكبر من خلال فتحة ضيقة تقضي على أي ضوء ليس من المستوى z. وبالتالي فإن المجاهر متحد البؤر مفيدة جدًا لفحص العينات السميكة مثل الأغشية الحيوية ، والتي يمكن فحصها حية وغير مثبتة (الشكل ( PageIndex {9} )).

الشكل ( PageIndex {9} ): يمكن استخدام الفحص المجهري متحد البؤر لتصور الهياكل مثل هذه البكتيريا الزرقاء التي تعيش في السقف. (الائتمان: تعديل العمل من قبل الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة).

يمكن استخدام الفحص المجهري متحد البؤر لتصور الهياكل مثل هذه البكتيريا الزرقاء التي تعيش في السقف. (الائتمان: الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة)

مجاهر ثنائية الفوتون

في حين أن المجاهر الفلورية الأصلية والمتحد البؤرية سمحت بتصور أفضل للميزات الفريدة في العينات ، لا تزال هناك مشاكل حالت دون التصور الأمثل. كانت الحساسية الفعالة للفحص المجهري الفلوري عند عرض العينات السميكة محدودة بشكل عام بسبب التوهج خارج التركيز ، مما أدى إلى ضعف الدقة. تم تقليل هذا القيد بشكل كبير في المجهر متحد البؤر من خلال استخدام ثقب متحد البؤر لرفض مضان الخلفية خارج التركيز مع أقسام بصرية رقيقة (<1 ميكرومتر) غير واضحة. ومع ذلك ، حتى المجاهر (كنفوكل) تفتقر إلى الدقة اللازمة لعرض عينات الأنسجة السميكة. تم حل هذه المشكلات من خلال تطوير المجهر ثنائي الفوتون ، والذي يستخدم تقنية المسح ، والكروم الفلوري ، والضوء طويل الموجة (مثل الأشعة تحت الحمراء) لتصور العينات. تعني الطاقة المنخفضة المرتبطة بالضوء ذي الطول الموجي الطويل أن فوتونين يجب أن يضربا موقعًا في نفس الوقت لإثارة الفلوروكروم. تكون الطاقة المنخفضة لضوء الإثارة أقل ضررًا للخلايا ، كما أن الطول الموجي الطويل لضوء الإثارة يخترق بسهولة أكبر في العينات السميكة. وهذا يجعل المجهر ثنائي الفوتون مفيدًا لفحص الخلايا الحية داخل الأنسجة السليمة - شرائح المخ والأجنة والأعضاء الكاملة وحتى الحيوانات بأكملها.

حاليًا ، يقتصر استخدام المجاهر ثنائية الفوتون على المعامل السريرية والبحثية المتقدمة بسبب التكلفة العالية للأدوات. عادة ما يكلف مجهر واحد ثنائي الفوتون ما بين 300000 دولار و 500000 دولار ، كما أن أشعة الليزر المستخدمة لإثارة الأصباغ المستخدمة في العينات باهظة الثمن أيضًا. ومع ذلك ، مع تحسن التكنولوجيا ، قد تصبح المجاهر ثنائية الفوتون متاحة بسهولة أكبر في البيئات السريرية.

تمرين ( PageIndex {4} )

ما هي أفضل أنواع العينات التي يتم فحصها باستخدام الفحص المجهري متحد البؤر أو الفحص المجهري ثنائي الفوتون؟

المجهر الإلكتروني

الحد الأقصى للدقة النظرية للصور التي تم إنشاؤها بواسطة المجاهر الضوئية محدود في النهاية بأطوال موجات الضوء المرئي. يمكن لمعظم المجاهر الضوئية أن تكبر فقط 1000 درجة ، وبعضها يمكن أن يكبر حتى 1500 درجة ، لكن هذا لا يبدأ في الاقتراب من القوة المكبرة لمجهر إلكتروني (EM) ، والذي يستخدم حزم إلكترونية قصيرة الموجة بدلاً من الضوء لزيادة التكبير والقرار.

يمكن للإلكترونات ، مثل الإشعاع الكهرومغناطيسي ، أن تتصرف كموجات ، ولكن بأطوال موجية تبلغ 0.005 نانومتر ، يمكنها إنتاج دقة أفضل بكثير من الضوء المرئي. يمكن أن تنتج EM صورة حادة يمكن تكبيرها حتى 100000 درجة. وبالتالي ، يمكن لل EMs حل الهياكل تحت الخلوية وكذلك بعض الهياكل الجزيئية (على سبيل المثال ، خيوط مفردة من الحمض النووي) ؛ ومع ذلك ، لا يمكن استخدام المجهر الإلكتروني على المواد الحية بسبب الطرق اللازمة لتحضير العينات.

هناك نوعان أساسيان من EM: المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) (الشكل ( PageIndex {10} )). يشبه TEM إلى حد ما مجهر الضوء الساطع من حيث الطريقة التي يعمل بها. ومع ذلك ، فإنه يستخدم شعاعًا إلكترونيًا من أعلى العينة يتم تركيزه باستخدام عدسة مغناطيسية (بدلاً من عدسة زجاجية) ويتم عرضه من خلال العينة على كاشف. تمر الإلكترونات عبر العينة ، ثم يلتقط الكاشف الصورة (الشكل ( PageIndex {11} )).

الشكل ( PageIndex {10} ): (أ) مجهر إلكتروني ناقل (TEM). (ب) المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). (الائتمان أ: تعديل العمل بواسطة "Deshi" / ويكيميديا ​​كومنز ؛ الائتمان ب: تعديل العمل بواسطة "ZEISS Microscopy" / Flickr)

الشكل ( PageIndex {11} ): تستخدم المجاهر الإلكترونية المغناطيس لتركيز حزم الإلكترون بشكل مشابه للطريقة التي تستخدم بها المجاهر الضوئية العدسات لتركيز الضوء.

لكي تمر الإلكترونات عبر العينة في TEM ، يجب أن تكون العينة رفيعة للغاية (سمكها 20-100 نانومتر). تم إنتاج الصورة بسبب التعتيم المتفاوت في أجزاء مختلفة من العينة. يمكن تعزيز هذا العتامة عن طريق تلطيخ العينة بمواد مثل المعادن الثقيلة ، والتي تكون كثيفة الإلكترون. يتطلب TEM أن تكون الحزمة والعينة في فراغ وأن تكون العينة رفيعة جدًا ومجففة. تتم مناقشة الخطوات المحددة اللازمة لإعداد عينة للمراقبة تحت EM بالتفصيل في القسم التالي.

تشكل SEM صورًا لأسطح العينات ، عادةً من الإلكترونات التي يتم إخراجها من العينات بواسطة حزمة من الإلكترونات. يمكن أن يؤدي ذلك إلى إنشاء صور مفصلة للغاية ذات مظهر ثلاثي الأبعاد يتم عرضها على الشاشة (الشكل ( PageIndex {12} )). عادة ، يتم تجفيف العينات وتحضيرها بمثبتات تقلل من القطع الأثرية ، مثل الذبول ، التي يمكن إنتاجها عن طريق التجفيف ، قبل أن يتم تغليفها بطبقة رقيقة من المعدن مثل الذهب. في حين أن المجهر الإلكتروني للإرسال يتطلب أقسامًا رفيعة جدًا ويسمح للمرء برؤية الهياكل الداخلية مثل العضيات وداخل الأغشية ، يمكن استخدام الفحص المجهري الإلكتروني لعرض أسطح الأجسام الأكبر (مثل حبوب اللقاح) وكذلك أسطح عينات صغيرة جدًا (الشكل ( PageIndex {13} )). يمكن لبعض المجهزين الكهرومغناطيين تكبير صورة تصل إلى 2،000،000 × 1

الشكل ( PageIndex {12} ): تقارن هذه الرسوم التوضيحية التخطيطية بين مكونات المجاهر الإلكترونية الناقلة ومجاهر المسح الإلكتروني.

الشكل ( PageIndex {13} ): (أ) تُظهر صورة TEM للخلايا في الأغشية الحيوية هياكل داخلية محددة جيدًا للخلايا بسبب مستويات مختلفة من التعتيم في العينة. (ب) توضح صورة SEM المعززة بالألوان لبكتيريا Staphylococcus aureus القدرة على مسح المجهر الإلكتروني لتقديم صور ثلاثية الأبعاد للبنية السطحية للخلايا. (الائتمان أ: تعديل العمل من قبل الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة ؛ الائتمان ب: تعديل العمل من قبل مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها)

تمرين ( PageIndex {5} )

  1. ما هي بعض مزايا وعيوب المجهر الإلكتروني ، مقابل الفحص المجهري الضوئي ، لفحص العينات الميكروبيولوجية؟
  2. ما هي أفضل أنواع العينات التي يتم فحصها باستخدام TEM؟ SEM؟

استخدام المجهر لدراسة الأغشية الحيوية

البيوفيلم عبارة عن مجتمع معقد من نوع واحد أو أكثر من الكائنات الحية الدقيقة ، يتشكل عادةً كطلاء لزج متصل بسطح بسبب إنتاج مادة خارج البوليمر (EPS) تلتصق بسطح أو عند السطح البيني بين الأسطح (على سبيل المثال ، بين الهواء و الماء). في الطبيعة ، الأغشية الحيوية وفيرة وتحتل في كثير من الأحيان منافذ معقدة داخل النظم البيئية (الشكل ( PageIndex {14} )). في الطب ، يمكن أن تغطي الأغشية الحيوية الأجهزة الطبية وتوجد داخل الجسم. نظرًا لأن الأغشية الحيوية تتمتع بخصائص فريدة ، مثل المقاومة المتزايدة للجهاز المناعي والأدوية المضادة للميكروبات ، فإن الأغشية الحيوية لها أهمية خاصة لعلماء الأحياء الدقيقة والأطباء على حدٍ سواء.

نظرًا لأن الأغشية الحيوية سميكة ، فلا يمكن ملاحظتها جيدًا باستخدام الفحص المجهري الضوئي ؛ قد يؤدي تقطيع الأغشية الحيوية إلى شرائح لإنشاء عينة أرق إلى قتل أو إزعاج المجتمع الميكروبي. يوفر الفحص المجهري متحد البؤر صورًا أوضح للأغشية الحيوية لأنه يمكن أن يركز على مستوى z واحد في كل مرة وينتج صورة ثلاثية الأبعاد لعينة سميكة. يمكن أن تساعد الأصباغ الفلورية في تحديد الخلايا داخل المصفوفة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام تقنيات مثل التألق المناعي والتهجين في الموقع (FISH) ، حيث يتم استخدام مجسات الفلورسنت لربط الحمض النووي.

يمكن استخدام المجهر الإلكتروني لمراقبة الأغشية الحيوية ، ولكن فقط بعد تجفيف العينة ، مما يؤدي إلى إنتاج قطع أثرية غير مرغوب فيها وتشويه العينة. بالإضافة إلى هذه الأساليب ، من الممكن تتبع التيارات المائية من خلال الأشكال (مثل المخاريط والفطر) للأغشية الحيوية ، باستخدام فيديو لحركة الخرزات المطلية بالضوء (الشكل ( PageIndex {15} )).

الشكل ( PageIndex {14} ): يتكون البيوفيلم عندما تلتصق بكتيريا بلانكتونية (عائمة حرة) من نوع واحد أو أكثر بالسطح ، وتنتج الوحل ، وتشكل مستعمرة. (الائتمان: المكتبة العامة للعلوم).

الشكل ( PageIndex {15} ): في هذه الصورة ، تنمو أنواع متعددة من البكتيريا في غشاء حيوي على الفولاذ المقاوم للصدأ (ملطخ بـ DAPI من أجل الفحص المجهري للتألق اللاصق). (الائتمان: ريكاردو مورغا ، رودني دونلان).

الفحص المجهري للمسبار

مجهر مجس المسح لا يستخدم الضوء أو الإلكترونات ، بل مجسات حادة للغاية يتم تمريرها فوق سطح العينة وتتفاعل معها مباشرة. ينتج عن ذلك معلومات يمكن تجميعها في صور ذات تكبير يصل إلى 100.000.000 درجة. يمكن استخدام مثل هذه التكبيرات الكبيرة لمراقبة الذرات الفردية على الأسطح. حتى الآن ، تم استخدام هذه التقنيات في المقام الأول للبحث وليس التشخيص.

هناك نوعان من مجهر مجسات المسح: مجهر المسح النفقي (STM) ومجهر القوة الذرية (AFM). يستخدم STM مسبارًا يتم تمريره فوق العينة مباشرة حيث يؤدي انحياز الجهد المستمر إلى إنشاء احتمال لتيار كهربائي بين المسبار والعينة. يحدث هذا التيار عبر نفق الكم للإلكترونات بين المسبار والعينة ، وتعتمد شدة التيار على المسافة بين المسبار والعينة. يتحرك المسبار أفقياً فوق السطح ويتم قياس شدة التيار. يمكن أن يحدد الفحص المجهري النفقي بشكل فعال بنية الأسطح بدقة يمكن من خلالها اكتشاف الذرات الفردية.

على غرار STM ، تمتلك AFM مسبارًا رقيقًا يتم تمريره فوق العينة مباشرةً. ومع ذلك ، بدلاً من قياس التغيرات في التيار عند ارتفاع ثابت فوق العينة ، ينشئ AFM تيارًا ثابتًا ويقيس التغيرات في ارتفاع طرف المجس أثناء مروره فوق العينة. عندما يتم تمرير طرف المجس فوق العينة ، تتسبب القوى بين الذرات (قوى فان دير فال ، والقوى الشعرية ، والترابط الكيميائي ، والقوى الكهروستاتيكية ، وغيرها) في تحريكها لأعلى ولأسفل. يتم تحديد وقياس انحراف طرف المجس باستخدام قانون مرونة هوك ، ويتم استخدام هذه المعلومات لإنشاء صور لسطح العينة بدقة على المستوى الذري (الشكل ( فهرس الصفحة {16} )).

الشكل ( PageIndex {16} ): تسمح لنا STMs و AFMs بمشاهدة الصور على المستوى الذري. (أ) تُظهر صورة STM لسطح من الذهب الخالص ذرات فردية من الذهب مرتبة في أعمدة. (ب) تُظهر صورة AFM هذه جزيئات طويلة تشبه حبلا من النانوسليلوز ، وهي مادة تم إنشاؤها في المختبر مشتقة من ألياف نباتية. (الائتمان أ: تعديل العمل من قبل "Erwinrossen" / ويكيميديا ​​كومنز).

تمرين ( PageIndex {6} )

  1. أيهما ذو تكبير أعلى أم مجهر ضوئي أم مجهر مسبار مسح؟
  2. قم بتسمية ميزة واحدة وأحد قيود الفحص المجهري للمسبار.

الشكل ( PageIndex {17} ): (الائتمان "برايتفيلد": تعديل العمل من قبل الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة ؛ الائتمان "داركفيلد": تعديل العمل من قبل الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة ؛ الائتمان "تباين الطور": تعديل العمل من قبل الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة ؛ الائتمان "DIC": تعديل العمل من قبل الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة ؛ الائتمان "مضان": تعديل العمل من قبل الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة ؛ الائتمان "متحد البؤر": تعديل العمل من قبل الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة ؛ الائتمان "ثنائي الفوتون": تعديل العمل بواسطة ألبرتو دياسبرو ، باولو بيانشيني ، جوزيبي فيسيدوميني ، ماريو فاريتا ، باولا راموينو ، سيزار أوساي).

الشكل ( PageIndex {18} ): (الائتمان "TEM": تعديل العمل من قبل الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة ؛ الائتمان "SEM": تعديل العمل من قبل الجمعية الأمريكية لعلم الأحياء الدقيقة)

الشكل ( PageIndex {19} ): تقنيات الفحص المجهري لمسح مجاهر المجسات.

المفاهيم الأساسية والملخص

  • تستخدم أنواع عديدة من المجاهر تقنيات مختلفة لتوليد صور مجهرية. معظمها مفيد لنوع معين من العينات أو التطبيق.
  • يستخدم المجهر الضوئي العدسات لتركيز الضوء على عينة لإنتاج صورة. تشمل المجاهر الضوئية المستخدمة بشكل شائع المجال المضيء ، والحقل المظلم ، وتباين الطور ، وتباين التداخل التفاضلي ، واللمعان ، والميكروسكوبات ثنائية البؤرة ، والمجاهر ثنائية الفوتون.
  • يركز المجهر الإلكتروني الإلكترونات على العينة باستخدام المغناطيس ، مما ينتج عنه تكبير أكبر بكثير من الفحص المجهري الضوئي. يعد مجهر الإرسال الإلكتروني (TEM) والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) شكلين شائعين.
  • ينتج عن الفحص المجهري للمسبار صوراً ذات تكبير أكبر عن طريق قياس ردود الفعل من المجسات الحادة التي تتفاعل مع العينة. تشمل مجاهر المسبار مجهر المسح النفقي (STM) ومجهر القوة الذرية (AFM).

قائمة المصطلحات

مجهر القوة الذرية
مجهر مجس مسح يستخدم مجسًا رقيقًا يتم تمريره فوق العينة مباشرةً لقياس القوى بين الذرات والمسبار
منظار مقرب
وجود اثنين من العدسات
مجهر برايتفيلد
مجهر ضوئي مركب مع عدستين ؛ ينتج صورة داكنة على خلفية ساطعة
مقبض التركيز الخشن
مقبض على مجهر ينتج حركات كبيرة نسبيًا لضبط التركيز
الكروموفور
أصباغ تمتص وتعكس أطوال موجية معينة من الضوء (تمنحها لونًا)
عدسة مكثف
عدسة على مجهر تركز الضوء من مصدر الضوء على العينة
مجهر متحد البؤر
مجهر ليزر مسح يستخدم الأصباغ الفلورية وأشعة الليزر المثيرة لإنشاء صور ثلاثية الأبعاد
مجهر داركفيلد
مجهر ضوئي مركب ينتج صورة ساطعة على خلفية داكنة ؛ عادة مجهر برايتفيلد معدل
الحجاب الحاجز
مكون من مجهر يتكون عادةً من قرص أسفل المسرح به ثقوب بأحجام مختلفة ؛ يمكن تعديلها للسماح بوصول ضوء أكثر أو أقل من مصدر الضوء إلى العينة
مجهر التداخل التفاضلي
مجهر يستخدم الضوء المستقطب لزيادة التباين
ميكروسكوب الكتروني
نوع من المجاهر يستخدم أشعة إلكترونية قصيرة الموجة بدلاً من الضوء لزيادة التكبير والدقة
مقبض التركيز الدقيق
مقبض على مجهر ينتج حركات صغيرة نسبيًا لضبط التركيز
مجهر مضان
مجهر يستخدم الفلوروكروميات الطبيعية أو البقع الفلورية لزيادة التباين
الفلوروكرومات
الكروموفورات التي تتألق (تمتص الضوء ثم تنبعث منه)
المنور
مصدر الضوء على المجهر
تألق مناعي
تقنية تستخدم مجهر مضان وفلوروكرومات خاصة بالأجسام المضادة لتحديد وجود مسببات أمراض معينة في العينة
أحادي
لها عينية واحدة
عدسات موضوعية
على المجهر الضوئي ، العدسات الأقرب للعينة ، توجد عادة في نهايات الأبراج
عدسة العين
على المجهر ، العدسة الأقرب للعين (وتسمى أيضًا العدسة العينية)
عدسة الغمر الزيت
عدسة موضوعية خاصة على مجهر مصممة لاستخدامها مع زيت مغمور لتحسين الدقة
مجهر الطور التباين
مجهر ضوئي يستخدم توقفًا حلقيًا ولوحة حلقية لزيادة التباين
مقاومة متغيرة
مفتاح باهتة يتحكم في شدة الإنارة على مجهر ضوئي
مسح المجهر الإلكتروني (SEM)
نوع من الميكروسكوب الإلكتروني يقوم بإبعاد الإلكترونات عن العينة ، مكونًا صورة للسطح
مجهر المسح
مجهر يستخدم مسبارًا ينتقل عبر سطح عينة على مسافة ثابتة بينما يتم قياس التيار الحساس لحجم الفجوة
مجهر مسح نفقي
المجهر الذي يستخدم مسبارًا يتم تمريره فوق العينة مباشرةً كالتحيز المستمر للجهد يخلق احتمالية لتيار كهربائي بين المسبار والعينة
المسرح
منصة المجهر التي توضع عليها الشرائح
التكبير الكلي
في المجهر الضوئي هي قيمة محسوبة بضرب تكبير العين بتكبير العدسات الموضوعية
المجهر الإلكتروني النافذ (TEM)
نوع من المجهر الإلكتروني يستخدم شعاعًا إلكترونيًا ، مركّزًا بالمغناطيسات ، ويمر عبر عينة رفيعة
مجهر ثنائي الفوتون
مجهر يستخدم الطول الموجي الطويل أو ضوء الأشعة تحت الحمراء لتألق الفلوركرومات في العينة
مقابض المرحلة الميكانيكية x-y
المقابض على المجهر التي تستخدم لضبط موضع العينة على سطح المسرح ، بشكل عام لتوسيطها مباشرة فوق الضوء

مساهم

  • نينا باركر (جامعة شيناندواه) ومارك شنيغورت (جامعة ويتشيتا الحكومية) وآنه-هيو ثي تو (جامعة ولاية جورجيا الجنوبية الغربية) وفيليب ليستر (كلية سنترال نيو مكسيكو المجتمعية) وبريان إم.فورستر (جامعة القديس يوسف) مع العديد من المؤلفين المساهمين. المحتوى الأصلي عبر Openstax (CC BY 4.0 ؛ الوصول مجانًا على https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


المجهري الإسفار ، التطبيقات

مبادئ المجهر الفلوري

الفحص المجهري الفلوري هو تقنية يتم من خلالها فحص المواد الفلورية في المجهر. لديها عدد من المزايا مقارنة بأشكال الفحص المجهري الأخرى ، مما يوفر حساسية وخصوصية عالية.

في الفحص المجهري الفلوري ، تضيء العينة (متحمس) بضوء ذو طول موجي قصير نسبيًا ، عادة ما يكون أزرق أو فوق بنفسجي (UV). يتم فحص العينة من خلال مرشح حاجز يمتص الضوء ذو الطول الموجي القصير المستخدم للإضاءة وينقل التألق ، والذي يُنظر إليه على أنه ساطع على خلفية داكنة (الشكل 1). نظرًا لأنه يتم ملاحظة التألق كإضاءة على خلفية داكنة ، يمكن رؤية المكونات الفلورية للعينة حتى بكميات صغيرة للغاية. هناك عدة طرق مختلفة من الفحص المجهري الفلوري ، وأهمها الفحص المجهري متحد البؤر.

شكل 1 . الصور المجهرية الضوئية الفلورية لجزء من جذع النبات ، مقطوعة طوليًا (الصورة الرئيسية) وعرضيًا (داخلي ، عند تكبير أعلى). كان النسيج ملطخًا بالفلوروكروم ، الأنيلين الأزرق ، لإظهار الأنسجة الموصلة للسكر (اللحاء). بقع الأنيلين الزرقاء مناطق متخصصة من جدران الخلايا. يكون التألق الشديد أكثر وضوحًا على الجدران المستعرضة (النهائية) للخلايا الممدودة. الجدران النهائية لها مسام بحيث يكون هناك استمرارية من خلية إلى أخرى ، وتشكل أنبوبًا مستمرًا يمكن من خلاله نقل السكريات إلى أسفل النبات من الأوراق. يظهر منظر الوجه لأحد الجدران النهائية في الشكل الداخلي. هناك حلقة من الفلورة حول كل مسام. يوجد أيضًا تلطيخ الفلورسنت ، بدرجة أقل بكثير ، على الجدران الطولية. هذا يحيط بالمسام التي تسمح بنقل السكر بين الأنابيب المجاورة. بقع الأنيلين الزرقاء 1 → 3β- جلوكان. هنا يتم تلطيخ الكالوز ، وهو جلوكان يتم ترسيبه لإغلاق المسام في حالة تلف الأنابيب ، كما يحدث عند قطع الأنسجة. من المفترض أن يؤدي هذا إلى سد الجزء المقطوع من الأنابيب ، مما يقلل من فقد السكريات من الأطراف المقطوعة للأنابيب ، وقد يقلل أيضًا من دخول الكائنات الحية الدقيقة التي يمكن أن تنجذب عن طريق تسريب السكريات. الأنابيب الموضحة في الصورة الرئيسية يبلغ قطرها 70 ميكرومتر. حجم مجال الصورة الرئيسية حوالي 500 × 1000 ميكرومتر (0.5 × 1 مم) ، من الداخل حوالي 100 × 100 ميكرومتر.

الصور مقدمة من الأستاذ AE Ashford ، جامعة نيو ساوث ويلز.

في معظم مجاهر الفلورة الحديثة ، يتم استخدام إضاءة epi. هذا يعني أن الضوء المستخدم للإثارة ينعكس على العينة من خلال الهدف ، والذي يعمل كمكثف. يمكن فحص الأجسام غير الشفافة أو السميكة جدًا باستخدام إضاءة epi ، حتى جلد الأشخاص الأحياء.

تم تلخيص موقف الفحص المجهري الفلوري فيما يتعلق بالتقنيات الأخرى في الجدول 1. يعد الفحص المجهري الامتصاصي التقليدي ، المنقول بالضوء ، مناسبًا للأشياء الملونة ذات الحجم القابل للحل ، وهو عمليًا أبسط أشكال الفحص المجهري. يمكن دراسة الأجسام الشفافة عديمة اللون فقط من خلال تقنيات التخلف (الاستقطاب ، تباين الطور ، التداخل) تعتمد هذه التقنيات على تحويل تأخر الطور إلى تغيرات في الشدة يمكن أن تراها العين. الاستثناء هو إضاءة الأرض المظلمة ، والتي قد تكشف عن أجسام شفافة عديمة اللون عن طريق الانعكاس أو الانكسار في واجهات ذات مؤشرات انكسار مختلفة. يعد الفحص المجهري للأرض المظلمة مناسبًا بشكل أساسي للمواد الجسيمية ، ويمكن (مثل الفحص المجهري الفلوري) الكشف عن مواضع الجسيمات الصغيرة جدًا بحيث يتعذر حلها. يرتبط الفحص المجهري الفلوري ارتباطًا وثيقًا بمجهر الإرسال (الامتصاص) في نطاق تطبيقه ، ولكنه يمتلك مزايا خاصة: حساسية كبيرة لاكتشاف وتقدير كميات صغيرة من المواد الفلورية أو الجسيمات الصغيرة ، وإمكانية التطبيق على الأشياء غير الشفافة. نظرًا لأن التألق يشتمل على نطاقي أطوال موجية (الإثارة والانبعاث) ، يمكن زيادة الخصوصية البصرية بشكل كبير عن طريق الاختيار الدقيق لتركيبات المرشح لتفضيل الإثارة والانبعاث لبعض الفلوروفور المعين ، كما تسمح التطورات الحديثة أيضًا بالتحليل الزمني لعمر الفلورة.

الجدول 1 . قابلية تطبيق الفحص المجهري الفلوري مقارنة بالتقنيات الأخرى

نوع الفحص المجهري
عينةضوئيالامتصاص (ناقل الحركة)التخلف (مدينة دبي للإنترنت ، بول ، إلخ.)انعكاس (بما في ذلك الأرضية المظلمة)
ملونمتكافئمتكافئغير ملائممتكافئ
شفافمستحيلمستحيلمتكافئمستحيل
مبهمةمتكافئمستحيلمتكافئمتكافئ
متحركمتكافئمستحيلمستحيلمستحيل
الجسيمات أقل من حد القرارمتكافئمستحيلغير ملائممتكافئ

الفحص المجهري للامتصاص هو نوع الضوء المنقول التقليدي. يشمل الفحص المجهري للتخلف Nomarski تباين التداخل (DIC) وتباين الطور والاستقطاب. يشمل الفحص المجهري للانعكاس الأرضية المظلمة.

يعطي الفحص المجهري الفلوري ، بسبب تعقيده ، صعوبة أكبر من المعتاد في تفسير الصورة. العوامل التي قد تؤثر على مظهر الصورة في مجهر مضان مرتبطة بالعينة ، بالنظام البصري المجهر (خاصة مجموعة المرشح) والخصائص البصرية والعصبية الخاصة بالمراقب. على وجه الخصوص ، يمكن أن يكون استخدام مرشح الحاجز ضيق النطاق مضللاً ، لأنه يجعل كل شيء يظهر بلونه المحدد ، بينما يسمح مرشح تمرير النطاق العريض أو الطويل (الطول الموجي) بالتمييز بين الألوان المختلفة. حتى التصوير الفوتوغرافي ، الذي يبدو موضوعيًا ، قد يكون مضللًا إذا لم يتم تفسيره بشكل صحيح.

النصوص النهائية الحالية على الفحص المجهري الفلوري هي تلك الخاصة بـ Rost (انظر المزيد من القراءة). توجد أيضًا العديد من الأعمال التمهيدية ، مثل أعمال أبراموفيتش ، وأدب متخصص واسع. النصوص الرئيسية في الفحص المجهري متحد البؤر هي تلك الخاصة بباولي وويلسون.


يتم توصيل مجاهر الكمبيوتر USB ، والتي تسمى أيضًا المجاهر المتصلة بالكمبيوتر أو الكمبيوتر ، بمنفذ USB على جهاز الكمبيوتر أو التلفزيون. بدلاً من النظر باستخدام العدسة ، يفحص العارض العينة عبر شاشة الكمبيوتر أو شاشة التلفزيون ، مثل كاميرا الويب ذات العدسة. معظم هذه المجاهر محمولة باليد ويمكنها حفظ الصور كملفات أو مقاطع فيديو. ومع ذلك ، فإن معظمهم لديهم مستوى تكبير منخفض فقط ، ويمكن أن تكون الإضاءة الكافية مشكلة.

مجاهر الجيب محمولة باليد ومتينة ومفيدة للعمل الميداني. تختلف الأحجام ، وبعضها بحجم قلم الحبر. يستخدم معظمهم الضوء الطبيعي أو يعمل بالبطارية ، مع تكبير 25x إلى 100x. قد تكون المجاهر المحمولة رقمية أيضًا.


تاريخ المجاهر

1590: اثنان من صانعي النظارات الهولنديين وفريق الأب والابن ، هانز وزكريا يانسن، قم بإنشاء أول مجهر.

1667: روبرت هوكمشهور "ميكروغرافيا" تم نشره ، والذي يلخص دراسات هوك المختلفة باستخدام المجهر.

1675: يدخل انطون فان ليفينهوك، الذي استخدم مجهرًا بعدسة واحدة لرصد الحشرات وعينات أخرى. كان Leeuwenhoek أول من لاحظ البكتيريا. القرن الثامن عشر: مع تحسن التكنولوجيا ، أصبح الفحص المجهري أكثر شيوعًا بين العلماء. يرجع جزء من هذا إلى اكتشاف أن الجمع بين نوعين من الزجاج يقلل من التأثير اللوني.

1830: جوزيف جاكسون ليستر يكتشف أن استخدام عدسات ضعيفة معًا على مسافات مختلفة يوفر تكبيرًا واضحًا.

1878: اخترع نظرية رياضية تربط الدقة بطول موجة الضوء إرنست آبي.

1903: ريتشارد زسيجموندي الأوليخترق المجهر الفائق ، والذي يسمح بمراقبة العينات التي تقل عن الطول الموجي للضوء.

1932: تمت دراسة المواد البيولوجية الشفافة لأول مرة باستخدام فريتس إكسيرنيكاختراع مجهر الطور التباين.

1938: بعد ست سنوات فقط من اختراع مجهر تباين الطور ، ظهر المجهر الإلكتروني ، الذي طوره إرنست روسكا، الذي أدرك أن استخدام الإلكترونات في الفحص المجهري عزز الدقة.

1981: صور عينة ثلاثية الأبعاد ممكنة مع اختراع مجهر المسح النفقي بواسطة جيرد بينيج و هاينريش روهرر.

أصل: أصل كلمة مجهر وفقًا لقاموس علم أصل الكلمة على الإنترنت كما يلي: 1656 ، من Mod.L. مجهرية مضاءة. "أداة لعرض ما هو صغير" من Gk. الدقيقة- (q.v.) + -skopion. "يعني عرض" من skopein "نظرة على". تم توثيق "الحجم الدقيق" المجهري من ستينيات القرن الثامن عشر.

تاريخ المجهر المركب

تمامًا كما كان لدى الإغريق نظام تدفئة مشع يعمل بكامل طاقته ويعمل قبل ألفي عام من تلك التي يتم تقديمها الآن فقط في الولايات المتحدة ، كذلك يبدو أن أصول المجهر الضوئي المركب قد تم تتبعها ، ليس إلى هولندا أو إنجلترا أو فرنسا - ولكن إلى الصين التي ربما يكون مناسبا بالنظر إلى السيادة الحالية للصين في توريد المجاهر الضوئية المركبة!

مجهر الماء

وفقًا لنص صيني قديم ، كان الصينيون ينظرون إلى عينات مكبرة من خلال عدسة في نهاية الأنبوب ، وهو أنبوب مملوء بمستويات متفاوتة من الماء وفقًا لدرجة التكبير التي يرغبون في تحقيقها. عبقري وفعال وقابل للتكرار في المنزل ، اليوم. إن حدوث هذا منذ حوالي 4000 عام في عهد أسرة تشاو فو وقبل أكثر من 3500 عام من ولادة "أب الفحص المجهري الحديث" هو أمر رائع للغاية.

إن تحقيق هؤلاء القدماء الصينيين لمستويات تكبير 150 ضعفًا لمعيار اليوم ، أو 100 مو ، هو أمر مثير للإعجاب. يبدو الأمر كما لو أنهم طوروا سيارة المدينة التي حققت Mach II. إذا قاموا ببناء مثل هذه السيارة ، فلن يتم العثور على أي إشارة إليها على الإطلاق. وبالمثل ، لا توجد إشارة أخرى معروفة لمثل هذا المجهر المركب حتى نعود إلى الإغريق مرة أخرى.

ليس أقل من شخص أرسطو يصف طريقة عمل المجهر بشيء من التفصيل. من المؤكد أن الإغريق استخدموا العدسات المنحنية بشكل جيد ، والتي تعد مكونًا أساسيًا لأي مجهر مجسم أو مجهر مركب. من المحتمل أن يكون الأولاد اليونانيون القدامى يشاركون كل طفل أمريكي إحساس الانتصار باستخدام عدسة منحنية ، أو عدسة مكبرة ، لإشعال النار. ومع ذلك ، فقد استخدمه الإغريق أيضًا في العمليات الجراحية ، ليس على النمل كما يفعل الأولاد الصغار ، ولكن على الناس - لكوي الجروح والآفات التي يسببها الجذام وما إلى ذلك.

استخدم قدماء المصريين والرومان أيضًا عدسات منحنية مختلفة على الرغم من عدم وجود إشارة إلى مجهر مركب. لكن اليونانيين أعطونا كلمة "مجهر". تأتي من كلمتين يونانيتين ، "uikpos" ، عرض صغير و "okottew". ومع ذلك ، في حين أن قدماء الصينيين والإغريق والرومان قد طبقوا حكمتهم اللانهائية على هذه القضية ، لا توجد إشارة معروفة لاستخدام الضوء الاصطناعي أو العدسات المتعددة. بعبارة أخرى ، يمكننا أن نعطي الفضل العظيم للقدماء لبصيرةهم وإنجازاتهم ، ولكن علينا أن نبحث في مكان آخر للكشف عن كل من المجهر الضوئي والمركب الأول.

بشكل لا يصدق ، المراجع التاريخية التالية التي تتعلق بأي شيء على الإطلاق بالمجهر ، أو بشكل أكثر دقة ، البصريات هي بعد 1200 عام من إقالة روما ، وحتى ذلك الحين ، فإن الإشارات هي فقط إلى استخدام العدسات في اختراع النظارات. بعبارة أخرى ، بعض من أذكى الأشخاص الذين أنتجهم الكوكب ولعبوا وعملوا بعدسات فردية لعدة آلاف من السنين دون أن يأخذوها إلى أبعد من ذلك.

نظارات

بعد ذلك ، في غضون سنوات قليلة فقط في توسكانا بإيطاليا ، ادعى رجلان أنهما اخترعا نظارات بشكل مستقل. الدليل؟ شواهد قبورهم! واحد، سالفانو دارامنتو ديجلي أماتي توفي عام 1284 في فلورنسا وادعى أنه أبقى العملية سرية. الأخرى، أليساندرو ديلا سبينا توفي عام 1317 وادعى أنه كشف عن عمليته. بيزا وفلورنسا ليست سوى مسافة قصيرة بالفرس. صدفة؟ انت صاحب القرار.

على أي حال ، راهب محلي ، جيرودينا دا ريفالتا ألقى خطبة في عام 1306 أيد فيها بحماس النظارات باعتبارها اختراعًا رائعًا ، وأشار عابرًا إلى أنها كانت قيد الاستخدام منذ حوالي 20 عامًا. أخيرًا ، في عام 1289 ، كان هناك محلي آخر من عائلة بوبوزو تحسرت من أن "أعاني من الضعف الشديد بسبب التقدم في السن لدرجة أنني بدون النظارات المعروفة باسم النظارات ، لن أتمكن من القراءة أو الكتابة".

التلسكوبات

في نفس الوقت تقريبًا ، يبدو أن العدسات كانت تستخدم في التلسكوبات المبكرة. في القرن الثالث عشر ، الإنجليزي ، روجر بيكون يناقشهم بالتفصيل. تعتبر كل من النظارات والمجاهر ذات صلة بالمجهر لأنها تتبع الاستخدام المتزايد التعقيد للعدسات - المكون البصري الأساسي لأي مجهر.

بعد ذلك ، بعد 200-300 عام فقط ، وجدنا عددًا كبيرًا من المراجع والأدلة القوية لكل من التلسكوبات والمجاهر. جاء عصر النهضة ومعه ازدهار وافر في الفنون والعلوم. والأهم من ذلك ، أنه مع اختراع أويس الطباعة ، أصبح من الممكن نشر الأفكار والتطورات بسهولة وبسرعة. نتيجة ل، توماس ديجز"عمل على التلسكوب في إنجلترا في منتصف القرن السادس عشر و هانز ليبرشيالعمل الذي تضمن التقدم بطلب للحصول على براءة اختراع تلسكوب تم نقله إلى الآخرين ، بما في ذلك ما لا يقل عن عبقري جاليليو.

بدأ جاليليو على الفور العمل مع العدسات. في إطار زمني قصير ، طور تلسكوبًا محسّنًا بجهاز تركيز وواصل قهر النجوم. بعد قولي هذا ، يجب علينا أيضًا أن نشيد به السير اسحق نيوتن من في نفس الوقت تقريبًا في المملكة المتحدة ، اخترع التلسكوب العاكس.

المجاهر المركبة

لكن ماذا عن المجاهر؟ هانز ليبرشي وابنه زاكرياس هانسن كان يجرب مجموعة متنوعة من العدسات. في أواخر عام 1590 ، استخدموا عدة عدسات في أنبوب ودهشوا عندما رأوا أن الجسم الموجود في نهاية الأنبوب قد تم تكبيره بشكل كبير بما يتجاوز قدرة العدسة المكبرة. لقد اخترعوا للتو المجهر المركب. وهذا يعني أنهم اكتشفوا أن الصورة المكبرة بعدسة واحدة يمكن تكبيرها بشكل أكبر بواسطة عدسات ثانية أو أكثر.

ثم ، في منتصف القرن السابع عشر ، رجل إنجليزي ، روبرت هوك وهولندي أنتوني فان ليفينهوك أخذ المجهر إلى مستويات جديدة. كان هوك عبقريًا مريضًا يحب التجربة. لقد فعل ذلك عبر مجموعة كبيرة من مجالات الدراسة العلمية وحقق نجاحًا كبيرًا. اخترع المفصل العالمي ، غشاء القزحية (مكون رئيسي آخر في العديد من المجاهر الضوئية الحديثة) ، وجهاز تنفس ، ومثبت الميزان ، وزنبرك توازن للساعات.

كما توصل إلى النظرية الصحيحة للاحتراق ابتكر معادلة تصف المرونة التي لا تزال مستخدمة حتى اليوم ("قانون هوك") واخترع أو حسّن أدوات الأرصاد الجوية مثل مقياس الضغط الجوي ومقياس شدة الرياح ومقياس الرطوبة وما إلى ذلك. والأهم من ذلك كله ، أنه معروف ميكروغرافيا، دراساته بالمجهر ، التي نُشرت عام 1665. أصبحت Micrographia إحساسًا بين عشية وضحاها ليس فقط لما وصفه ولكن للرسومات الرائعة التي قام بها.

وصف عالمًا جديدًا جنبًا إلى جنب مع رسومات رائعة للشعر اللاذع على نبات القراص ، والبراغيث ، والأكثر شهرة على الإطلاق ، بنية قرص العسل أو "خلايا" الفلين. كان هوك هو من صاغ مصطلح "الخلايا" عند وصف الأنسجة الحية. ومن المثير للاهتمام ، أنه بينما استخدم هوك مجهرًا مركبًا ، وجد أنه يجهد بصره ويضعفها كثيرًا. بالنسبة لصورته الدقيقة ، فضل استخدام مجهر بسيط ذو عدسة واحدة مصنوع من الذهب والجلد ومضاء بشمعة. ربما أول مجهر ضوئي؟

أنتوني فان ليفينهوك - أبو المجهر

كان Leeuwenhoek ، مع ذلك ، هو الذي عاش في نفس الوقت الذي عاش فيه Hooke واستفاد من عمل Hooke لنقل تصميم المجهر إلى مستويات جديدة من التطور. استخدم مجهرًا بسيطًا لفحص القماش. كعالم ، بدأ في تجربة طرق جديدة لطحن العدسات من أجل تحسين الجودة البصرية. في المجموع ، قام بتركيب حوالي 550 عدسة ، كان لبعضها قوة مكبرة خطية تبلغ 500 وقوة حل تبلغ جزء من المليون من البوصة - وهو إنجاز مذهل.

قدم ليوينهوك تفاصيل هذه الإنجازات في ما يقرب من 200 رسالة إلى الجمعية الملكية في لندن حيث قام شخص ما لا يقل عن روبرت هوك بالتحقق من صحتها. كانت نتيجة كل هذا العمل عبارة عن مجهر بسيط ، عدسة واحدة ، محمول باليد. تم تركيب العينة في الجزء العلوي من المؤشر ، فوقها وضعت عدسة محدبة متصلة بحامل معدني. ثم شوهدت العينة من خلال ثقب على الجانب الآخر من المجهر وتم تركيزها باستخدام برغي.

ربما جاءت أشهر تجربته عام 1674 عندما شاهد بعض مياه البحيرة:

"لقد رأيت الآن بوضوح شديد أن هذه كانت ثعابين صغيرة ، أو ديدانًا ، ملقاة جميعًا متجمعة معًا وتتلوى كما لو رأيت ، معبالعين المجردة ، مجموعة كاملة من الثعابين الصغيرة والماء ، مع الثعابين تتلوى فيما بينها ويبدو أن الماء كله كان حيًا مع هذه الحيوانات المتنوعة.

كان هذا بالنسبة لي ، من بين جميع الأعاجيب التي اكتشفتها في الطبيعة ، أكثرها روعة ، ويجب أن أقول ، من جانبي ، أنه لم يطل على عيني مشهد أكثر من ذلك حتى الآن شاهدته هذه الآلاف من الكائنات الحية كلهم على قيد الحياة في قطرة صغيرة من الماء ، يتنقلون بين بعضهم البعض ، ولكل عدة مخلوقات حركتها الخاصة ".

اكتشف البكتيريا. حصل على لقب والد المجهر. ومن المثير للاهتمام ، أن الأمر استغرق حتى عام 1839 ، أي بعد مائتي عام تقريبًا ، قبل أن يتم الاعتراف بالخلايا في النهاية كوحدات أساسية للحياة.

القرنين الثامن عشر والتاسع عشر

حدثت الخطوة الرئيسية التالية في تاريخ المجهر بعد 100 عام أخرى مع اختراع العدسة اللونية بواسطة تشارلز هول، في ثلاثينيات القرن الثامن عشر. اكتشف أنه باستخدام عدسة ثانية مختلفة الشكل وخصائص الانكسار ، يمكنه إعادة محاذاة الألوان بأقل تأثير على تكبير العدسة الأولى.

ثم في عام 1830 ، حل جوزيف ليستر مشكلة الانحراف الكروي (ينحني الضوء بزوايا مختلفة حسب مكان اصطدامه بالعدسة) عن طريق وضع العدسات على مسافات محددة من بعضها البعض. ساهم هذان الاكتشافان معًا في تحسين جودة الصورة بشكل ملحوظ. في السابق ، نظرًا لسوء جودة الزجاج والعدسة غير الكاملة ، لم يكن علماء الميكروسكوب يشاهدون شيئًا سوى الصور المشوهة - إلى حد ما مثل أجهزة الراديو الأولى كانت متصدعة للغاية.

تجدر الإشارة إلى أنه حتى الآن ، كانت كل خطوة جديدة تتعلق بجودة العدسات أو تطبيقها. بعد ذلك ، في عام 1863 ، كانت إحدى الشركات المصنعة العديدة الجديدة للمجاهر ، وهي إرنست ليتز عالجت الشركة مشكلة ميكانيكية بإدخال أول برج دوار بما لا يقل عن خمسة أهداف.

تمت متابعة هذا التحسن بسرعة في عام 1866 عندما كارل زايس المجندين إرنست آبي كمدير أبحاثه في شركة Zeiss Optical Works. وضع آبي إطار عمل ما سيصبح نهج تطوير البصريات الحسابية الحديثة. أوضح الفرق بين التكبير والدقة وانتقد ممارسة استخدام العدسات ذات التكبير العالي جدًا باعتبارها "تكبيرًا فارغًا". بحلول عام 1869 ، أنتج عمله جهاز إضاءة جديدًا حاصل على براءة اختراع - مكثف آبي.

آبي كوندنسر: عمل آبي على نظرية الموجة للتصوير المجهري (حالة آبي سين) جعل من الممكن تطوير مجموعة جديدة من سبعة عشر هدفًا من أهداف الميكروسكوب - ثلاثة منها كانت أهداف الانغماس الأولى وكلها صممت بناءً على النمذجة الرياضية. كما أشار آبي ، كانت إبداعاته "تستند إلى دراسة دقيقة للمواد المستخدمة ، ويتم تحديد التصميمات المعنية عن طريق الحساب لأحدث التفاصيل - كل انحناء ، كل سمك ، كل فتحة عدسة - بحيث يكون أي نهج للتجربة والخطأ مستبعد."

من الآن فصاعدًا ، تم تصميم المجاهر بناءً على قوانين الفيزياء الصوتية بدلاً من التجربة والخطأ اللذين ميزا الرواد. في الوقت نفسه ، أنشأ عدد من الشركات مصانع متخصصة تركز على تصنيع المجاهر الدقيقة. استمر البحث والتطوير يؤتي ثماره.

في عام 1880 ، بدأ استخدام الميكروتومات الأولى التي مكنت من تحضير عينات أرق بشكل ملحوظ من أجل تحسين العينة. في عام 1893 ، اكتشف موظف آخر في شركة Zeiss ، وهو August Kohler ، نظام إضاءة لا مثيل له لا يزال يُعرف باسم إضاءة Kohler. باستخدام أغشية مزدوجة ، يوفر النظام مزايا ثلاثية لعينة مضاءة بشكل موحد ، وصورة ساطعة ، والحد الأدنى من الوهج. بعبارة أخرى ، حقق كوهلر صورة شبه مثالية.

وصل السوق الشامل للمجاهر في نفس الوقت الذي وصلت فيه الهندسة الدقيقة ، ولا عجب في الحصول على عدد كبير من النتائج المذهلة: في عام 1879 ، اكتشف والتر فليمنج الانقسام الخلوي والكروموسومات ، وهو إنجاز معروف بأنه أحد أهم 100 علم علمي. إنجازات كل العصور.

القرن ال 20

في مطلع القرن التاسع عشر / العشرين لويس باستور اخترع البسترة بينما روبرت كوخ اكتشف افتراضاته الشهيرة أو سيئة السمعة: عصية الجمرة الخبيثة ، وعصية السل ، وضمة الكوليرا.

الأشعة فوق البنفسجية والمرحلة: بحلول عام 1900 ، تم الوصول إلى الحد النظري لدقة مجاهر الضوء المرئي (2000 أنجستروم). في عام 1904 ، تغلب زايس على هذا القيد بإدخال أول مجهر تجاري للأشعة فوق البنفسجية بدقة تبلغ ضعف مجهر الضوء المرئي. في عام 1930 فريتز زرنيك اكتشف أنه يمكنه عرض الخلايا غير الملوثة باستخدام زاوية طور الأشعة. بعد أن رفض زايس ، لم يتم تقديم ابتكاراته في تباين الطور حتى عام 1941 على الرغم من فوزه بجائزة نوبل عن عمله في عام 1953.

المجاهر الإلكترونية: في عام 1931 ماكس نول و إرنست روسكا اخترع أول مجهر إلكتروني تجاوز الحدود الضوئية للضوء. تملي الفيزياء أن المجاهر الضوئية مقيدة بفيزياء الضوء إلى تكبير 500x أو 1000x ودقة 0.2 ميكرومتر.

بنى Knoll و Ruska مجهرًا إلكترونيًا ناقلًا (TEM) - مجهرًا ينقل شعاعًا من الإلكترونات (على عكس الضوء) عبر العينة. يتم تسجيل التفاعل اللاحق لشعاع الإلكترونات مع العينة وتحويله إلى صورة. بعد ذلك ، في عام 1942 ، قام Ruska بتحسين TEM من خلال بناء أول مجهر إلكتروني مسح (SEM) ينقل حزمة من الإلكترونات عبر العينة.

لا تزال مبادئ روسكا تشكل أساس المجاهر الإلكترونية الحديثة - المجاهر التي يمكنها تحقيق مستويات تكبير تصل إلى مليوني مرة! كان التطور الرئيسي الثاني للمجاهر في القرن العشرين هو تطور السوق الشامل. بدأ هذا الاتجاه في القرن التاسع عشر عندما ادعى ليتز أنه قام بتصدير 50000 مجهر إلى الولايات المتحدة ، وتسارع هذا الاتجاه في القرن العشرين. ونتيجة لذلك ، ظهر عدد كبير من الشركات المصنعة لتقديم بدائل ذات أسعار تنافسية لشركات أوروبية راسخة مثل زايس وليتز.

الصين: أصبحت الصين موردًا رئيسيًا للمجاهر للاستخدام اليومي ، ومع تطور قدرتها على التصنيع البصري ، تزود الآن المكونات البصرية لبعض العلامات التجارية الرئيسية للميكروسكوبات. كان لاتجاه السوق هذا تأثير مفيد على سعر المجاهر ، مما أتاح انتشار المجاهر خارج نطاق عالم البحث إلى الاستخدام التجاري والفردي اليومي.

مصادر الضوء الجديدة - لقد حسنت الهالوجين والفلوريسنت و LED جميعها أو أضافت تنوعًا أكبر في المجهر الضوئي ، بينما أدى ظهور حوامل ذراع الرافعة إلى تطبيقات فحص تجارية واسعة النطاق لا يمكن إجراؤها باستخدام قاعدة مجهر قياسية. ومع ذلك ، كان أحدث ابتكار هو وصول المجهر الرقمي.

المجاهر الرقمية: تسمح المجاهر الرقمية بنقل الصور الحية إلى التلفزيون أو شاشة الكمبيوتر وساعدت في إحداث ثورة في التصوير الفوتوغرافي الدقيق. تقوم المجاهر الرقمية ببساطة بدمج كاميرا مجهر رقمية على المنفذ ثلاثي العينيات لمجهر قياسي. حل بديل وأكثر مرونة هو ببساطة وضع كاميرا مجهر رقمية على مجهر ثلاثي العينيات!

دينو لايت: من أكثر الابتكارات الأصلية في القرن الحادي والعشرين مجاهر Dino-Lite الرقمية. Dino-Lite هي مجاهر رقمية محمولة ، ليست أكبر بكثير من قلم سمين. إنها توفر إمكانية تكبير منخفضة الطاقة مع تكبير يصل إلى 500x. لقد كان لها تأثير ملحوظ على طلبات التفتيش الصناعي.


انحراف

تؤثر الانحرافات المختلفة على حدة الصورة أو جودتها. تنتج الانحرافات اللونية هامشًا ملونًا حول مناطق التباين العالي في الصورة ، لأن الأطوال الموجية الأطول للضوء (مثل الأحمر) يتم وضعها للتركيز في مستوى أبعد قليلاً عن العدسة من الأطوال الموجية الأقصر (مثل الأزرق). ينتج الانحراف الكروي صورة يكون فيها مركز مجال الرؤية في موضع التركيز عندما لا يكون المحيط ناتجًا عن استخدام العدسات ذات الأسطح الكروية (بدلاً من الأسطح غير الكروية أو شبه الكروية). ينتج عن التشويه صور منحنية من خطوط مستقيمة في الكائن. يرتبط نوع ودرجة التشوه المرئي ارتباطًا وثيقًا بالانحراف الكروي المحتمل في المكبر وعادة ما يكون أكثر حدة في العدسات عالية الطاقة.


كيف يعمل مجهر المسح الإلكتروني

  • مصدر الإلكترونات
  • ضع عمودًا لأسفل في أي الإلكترونات تنتقل باستخدام العدسات الكهرومغناطيسية
  • كاشف الإلكترون
  • غرفة العينة
  • جهاز كمبيوتر وشاشة لعرض الصور

يتم إنتاج الإلكترونات في الجزء العلوي من العمود ، ويتم تسريعها لأسفل وتمريرها عبر مجموعة من العدسات والفتحات لإنتاج حزمة مركزة من الإلكترونات تضرب سطح العينة. يتم تركيب العينة على مرحلة في منطقة الغرفة ، وما لم يكن المجهر مصممًا للعمل في مكانس كهربائية منخفضة ، يتم إخلاء كل من العمود والحجرة بواسطة مجموعة من المضخات. يعتمد مستوى الفراغ على تصميم المجهر.

رسم تخطيطي لمجهر المسح الإلكتروني

يتم التحكم في موضع شعاع الإلكترون على العينة بواسطة ملفات مسح ضوئية تقع فوق العدسة الشيئية. تسمح هذه الملفات بمسح الشعاع فوق سطح العينة. هذا المسح الشعاعي أو المسح الضوئي ، كما يوحي اسم المجهر ، يتيح جمع المعلومات حول منطقة محددة في العينة. نتيجة لتفاعل عينة الإلكترون ، يتم إنتاج عدد من الإشارات. ثم يتم الكشف عن هذه الإشارات بواسطة أجهزة الكشف المناسبة.


ملاحظات المجهر الإلكتروني على منظمة التنظير تحت المجهر لقضبان الشبكية

إدواردو دي روبرتس ملاحظات المجهر الإلكتروني على التنظيم تحت الميكروسكوب لقضبان الشبكية. J Biophys و Biochem Cytol 25 مايو 1956 2 (3): 319-330. دوى: https://doi.org/10.1083/jcb.2.3.319

تمت دراسة التنظيم دون المجهري لقضبان شبكية الأرانب باستخدام المجهر الإلكتروني عالي الدقة في مقاطع طولية وعرضية رفيعة. يتكون الجزء الخارجي للقضيب من كومة من الأكياس أو الصهاريج المفلطحة ، كل منها مقيد بغشاء رقيق متجانس يبلغ حوالي 30 ألفًا. من 100 إلى 150 أمبير والتي تنتهي على ما يبدو فيما يتعلق بالهدب الموصل.

يتم وصف حزمة الخيوط التي تشكل الاتصال بين الأجزاء الخارجية والداخلية تحت اسم ربط cilium. يحتوي هذا المكون الليفي على هيكل مشابه جدًا لهيكل الهدب. يُظهر 9 أزواج من الخيوط الطرفية بقطر حوالي 160 ألف ، مادة مصفوفة ، وغشاء سطحي. نادرًا ما يتم ملاحظة خيوط مفردة مركزية. يحتوي الكيليوم الموصل على جسم قاعدي نموذجي في الجزء الداخلي يخترق نهايته البعيدة الجزء الخارجي ، حيث يقيم علاقة هيكلية بأكياس القضيب. تمت دراسة العلاقات والتنظيم دون المجهري للهدب الموصل في مقاطع طولية وفي مقاطع عرضية تمر على مستويات مختلفة من مقاطع القضبان.

يُظهر مقطع القضيب الداخلي منطقتين متميزتين: منطقة بعيدة وقريبة. تتكون المنطقة البعيدة ، المقابلة للإهليلجي للأنسجة الكلاسيكية بشكل أساسي من الميتوكوندريا المعبأة طوليًا. يحتوي أيضًا على الجسم القاعدي للهدب ، فجوات في الشبكة الإندوبلازمية ، وجزيئات كثيفة ، ومصفوفة متداخلة مع خيوط دقيقة جدًا.

في المنطقة القريبة من الجزء الداخلي ، تفتقر الميتوكوندريا وداخل المصفوفة ، من الممكن التعرف على عناصر مجمع جولجي ، وفجوات الشبكة الإندوبلازمية ، والجزيئات الكثيفة والعديد من اللييفات العصبية التي يتراوح قطرها بين 160 و 200 ألف والتي تتجمع وتشكل حزمة محددة عند خروج ألياف القضيب.

تمت مناقشة تفسير الألياف المتصلة كجزء من cilium والجزء الخارجي كتمايز للجزء البعيد من cilium بدائي. تم التأكيد على أهمية استمرارية الأغشية السطحية للجزء الخارجي وربط الكيليوم والجزء الداخلي ومناقشة دورها الفسيولوجي المحتمل.


المجاهر

أوليمبوس هي شركة رائدة في مجال تصنيع المجاهر لعلوم الحياة والصناعة. مع أكثر من 100 عام من الخبرة في تطوير المجاهر ، نقدم حلولًا بصرية مبتكرة للعديد من التطبيقات. استكشف المجاهر الخاصة بنا للتعليم والتدريب والمختبرات والأبحاث الرائدة في مجالات علوم الحياة ، مثل علم الأمراض وعلم الخلايا. تحقق من أحدث أنظمة مجهر التكبير / التصغير بالليزر ، والدقة الفائقة ، والاستريو ، والعمودية ، والمقلوبة ، والبحثية من خلال النقر على الروابط أدناه.


2.3: أدوات الفحص المجهري - علم الأحياء

المجاهر هي أدوات مصممة لإنتاج صور بصرية أو فوتوغرافية مكبرة لأشياء صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. يجب أن ينجز المجهر ثلاث مهام: إنتاج صورة مكبرة للعينة ، وفصل التفاصيل في الصورة ، وجعل التفاصيل مرئية للعين البشرية أو الكاميرا. لا تشتمل هذه المجموعة من الأدوات على تصميمات متعددة العدسات (مجاهر مركبة) ذات أهداف ومكثفات فحسب ، بل تشمل أيضًا أدوات عدسة مفردة بسيطة جدًا غالبًا ما تكون محمولة باليد ، مثل العدسة المكبرة أو العدسة المكبرة.

المجهر الموضح في الشكل 1 عبارة عن مجهر مركب بسيط اخترعه عالم الميكروسكوب البريطاني روبرت هوك في وقت ما في ستينيات القرن السادس عشر. يحتوي هذا المجهر المصمم بشكل جميل على عدسة موضوعية بالقرب من العينة ويتم تركيزه عن طريق قلب جسم المجهر لتحريك الهدف بالقرب من العينة أو بعيدًا عنها. يتم إدخال عدسة عينية في الجزء العلوي من المجهر ، وفي كثير من الحالات ، توجد "عدسة مجال" داخلية داخل البرميل لزيادة حجم مجال الرؤية. يضيء المجهر في الشكل 1 من خلال مصباح الزيت وخزان كروي مملوء بالماء ، كما هو موضح في الشكل 1. ينتشر الضوء من المصباح عندما يمر عبر الخزان ثم يتم تركيزه على العينة بعدسة متصلة بالخزان . عانى هذا المجهر المبكر من انحراف لوني (وكروي) ، وكانت جميع الصور المعروضة في الضوء الأبيض تحتوي على "هالات" كانت إما زرقاء أو حمراء اللون.

نظرًا لأن العديد من مستخدمي المجهر يعتمدون على الملاحظة المباشرة ، فمن المهم فهم العلاقة بين المجهر والعين. أعيننا قادرة على تمييز اللون في الجزء المرئي من الطيف: من البنفسجي إلى الأزرق إلى الأخضر إلى الأصفر إلى البرتقالي إلى الأحمر ، لا تستطيع العين رؤية الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة تحت الحمراء. يمكن للعين أيضًا الشعور بالاختلافات في السطوع أو الشدة التي تتراوح من الأسود إلى الأبيض وجميع الظلال الرمادية بينهما. وبالتالي ، لكي ترى الصورة بالعين ، يجب تقديم الصورة للعين بألوان الطيف المرئي و / أو بدرجات متفاوتة من شدة الضوء. مستقبلات العين في شبكية العين المستخدمة لاستشعار اللون هي الخلايا المخروطية ، وهي الخلايا العصوية لتمييز مستويات الشدة ، وليس اللون. تقع هذه الخلايا في شبكية العين في الجزء الخلفي من داخل العين. الجزء الأمامي من العين (انظر الشكل 2) ، بما في ذلك القزحية ، والقرنية المنحنية ، والعدسة هي على التوالي آليات قبول الضوء وتركيزه على الشبكية.

لكي تظهر الصورة بوضوح ، يجب أن تنتشر على شبكية العين بزاوية بصرية كافية. ما لم يسقط الضوء على صفوف غير متجاورة من خلايا شبكية العين (وظيفة تكبير وانتشار الصورة) ، فإننا غير قادرين على تمييز التفاصيل القريبة على أنها منفصلة (تم حلها). علاوة على ذلك ، يجب أن يكون هناك تباين كاف بين التفاصيل المجاورة و / أو الخلفية لجعل الصورة المكبرة والمحلولة مرئية.

دروس جافا التفاعلية
يشير مواءمة العين البشرية إلى الفعل الفسيولوجي لضبط عناصر العدسة البلورية لتغيير قوة الانكسار وجلب الأشياء القريبة من العين إلى تركيز حاد. يستكشف هذا البرنامج التعليمي التغييرات في بنية العدسة حيث يتم نقل الكائنات فيما يتعلق بالعين.

بسبب القدرة المحدودة لعدسة العين على تغيير شكلها ، لا يمكن للأشياء التي يتم تقريبها من العين أن تجعل صورها تركز على شبكية العين. مسافة المشاهدة التقليدية المقبولة هي 10 بوصات أو 25 سم.

منذ أكثر من خمسمائة عام ، تم تطوير مكبرات زجاجية بسيطة. كانت هذه عدسات محدبة (أكثر سمكًا في الوسط من المحيط). يمكن بعد ذلك تركيز العينة أو الكائن باستخدام المكبر الموضوع بين الكائن والعين. يمكن لهذه "المجاهر البسيطة" أن تنشر الصورة على شبكية العين عن طريق التكبير من خلال زيادة زاوية الرؤية على الشبكية.

وصل "المجهر البسيط" أو العدسة المكبرة إلى أعلى مستوياته من الكمال ، في القرن السابع عشر الميلادي ، في عمل أنطون فون ليفينهوك الذي كان قادرًا على رؤية الحيوانات وحيدة الخلية (التي أطلق عليها اسم "الحيوانات") وحتى بعض البكتيريا الكبيرة ذات مجهر بسيط شبيه بالمجهر الموضح في الشكل 3. تظهر الصورة التي ينتجها هذا المكبر ، بالقرب من عين المشاهد ، كما لو كانت على نفس جانب العدسة مثل الجسم نفسه. تُعرف هذه الصورة ، التي يُنظر إليها كما لو كانت على بعد عشر بوصات من العين ، بأنها صورة افتراضية ولا يمكن التقاطها على فيلم.

في بداية القرن السابع عشر تقريبًا ، من خلال العمل المنسوب إلى الأخوين يانسن (انظر المجهر في الشكل 4) في هولندا وغاليليو في إيطاليا ، تم تطوير المجهر المركب. في أبسط أشكالها ، كانت تتألف من عدستين محدبتين مصطفتين في سلسلة: زجاج كائن (موضوعي) أقرب إلى الكائن أو العينة وعينة (بصرية) أقرب إلى عين المراقب (مع وسائل ضبط موضع العينة و عدسات المجهر). يحقق المجهر المركب تكبيرًا على مرحلتين. يعرض الهدف صورة مكبرة في أنبوب جسم المجهر وتزيد العدسة من الصورة المسقطة بواسطة الهدف.

تم إعاقة المجاهر المركبة التي تم تطويرها خلال القرنين السابع عشر والثامن عشر بسبب الزيغ البصري (اللوني والكروي) ، وهو عيب تفاقم بسبب استخدام العدسات المتعددة. كانت هذه المجاهر في الواقع أدنى من مجاهر العدسة المفردة في تلك الفترة بسبب هذه القطع الأثرية. غالبًا ما كانت الصور التي ينتجونها غير واضحة وتحتوي على هالات ملونة مرتبطة بالانحرافات اللونية التي لا تؤدي إلى تدهور جودة الصورة فحسب ، بل تعيق أيضًا الدقة. اكتشف صانعو العدسات في منتصف القرن الثامن عشر أنه من خلال الجمع بين عدستين مصنوعتين من الزجاج مع تشتت ألوان مختلف ، يمكن تقليل أو إزالة الكثير من الانحراف اللوني. تم استخدام هذا الاكتشاف لأول مرة في التلسكوبات ، التي تحتوي على عدسات أكبر بكثير من المجاهر. لم تكن العدسات المصححة لونيًا شائعة في المجاهر المركبة إلا في بداية القرن التاسع عشر الميلادي.

برنامج تعليمي تفاعلي
مسارات الضوء المجهرية المنقولة استكشاف المسارات الأساسية للضوء من خلال مجهر الضوء المرسل.

شهد القرنان الثامن عشر والتاسع عشر تحسنًا كبيرًا في الجودة الميكانيكية والبصرية للمجاهر المركبة. سمح التقدم في الأدوات الآلية بتصنيع أجزاء أكثر تعقيدًا ، وبحلول منتصف القرن التاسع عشر ، كان النحاس هو السبائك المفضلة لإنتاج مجاهر عالية الجودة. ازدهر عدد من مصنعي المجاهر البريطانية والألمانية خلال هذه الفترة الزمنية. اختلفت مجاهرهم بشكل كبير في جودة التصميم والإنتاج ، لكن المبادئ العامة التي تحدد خصائصها البصرية ظلت ثابتة نسبيًا. تم تصنيع المجهر الموضح في الشكل 5 بواسطة Hugh Powell و Peter Lealand حوالي عام 1850. قدمت قاعدة الحامل ثلاثي القوائم دعمًا قويًا للميكروسكوب ، والذي يعتبره كثير من الناس الأكثر تقدمًا في هذه الفترة.

بحلول نهاية القرن التاسع عشر ، كانت هناك درجة عالية من المنافسة بين مصنعي المجاهر وأصبحت تكاليف تطوير وإنتاج المجاهر عاملاً مهمًا. يعتبر النحاس ، المادة المفضلة لمصنعي المجهر ، مكلفًا للغاية وكانت مهمة طويلة لآلة ، وتلميع ، ورنيش أجسام مجهرية وأجزاء أخرى مصنوعة من هذا المعدن. لخفض النفقات ، بدأ مصنعو المجهر أولاً في طلاء الجزء الخارجي من جسم وحامل المجهر ، بالإضافة إلى المسرح والأجزاء الأخرى غير المتحركة.

خلال الربع الأول من القرن العشرين ، بدأ العديد من مصنعي المجاهر في استبدال الحديد الزهر بالنحاس في إطارات ومراحل مجهرية. كان الحديد أرخص بكثير ولا يمكن تمييزه عن النحاس عند الطلاء باللون الأسود. بدأوا أيضًا في طلاء العديد من المكونات النحاسية المهمة بالكهرباء مثل المقابض والبراميل الموضوعية وفتحات الأنف والعدسات وتجميعات المرحلة الميكانيكية (كما هو موضح في الشكل 6). لا تزال هذه المجاهر في أوائل القرن العشرين تشترك في فكرة تصميم مشتركة. كانت أحادية العين مع مرآة فرعية تم استخدامها مع مصباح خارجي لإلقاء الضوء على العينة. المجهر النموذجي لهذه الفترة هو مجهر مختبر زايس الموضح في الشكل 6. هذا النوع من المجهر وظيفي للغاية ولا يزال العديد منها قيد الاستخدام حتى اليوم.

تتجاوز المجاهر الحديثة بكثير مواصفات التصميم لتلك المصنوعة قبل منتصف القرن العشرين. تم تحسين تركيبات الزجاج بشكل كبير مما يسمح بتصحيح أكبر للانحراف البصري أكثر من أي وقت مضى ، كما أن طلاء العدسات الاصطناعية المضادة للوهج أصبح الآن متقدمًا للغاية. سمحت تكنولوجيا الدوائر المتكاملة للمصنعين بإنتاج مجاهر "ذكية" تدمج المعالجات الدقيقة في حامل المجهر.أصبح التصوير المجهري في أواخر القرن العشرين أسهل من أي وقت مضى مع الملحقات الإضافية التي تراقب شدة الضوء ، وتحسب التعريض الضوئي بناءً على سرعة الفيلم ، وتؤدي المهام المعقدة تلقائيًا مثل التصحيح والتعريض المتعدد والتصوير الفوتوغرافي بفاصل زمني.

برنامج تعليمي تفاعلي
تجميع المجهر اكتشف كيف يتم تجميع الأجزاء المختلفة في مجهر حديث باستخدام هذا البرنامج التعليمي.

المجهر الموضح في الشكل 7 عبارة عن مجهر أبحاث أوليمبوس بروفيس AX70. يمثل هذا المجهر أحدث تصميم متطور يشتمل على أجهزة إضاءة متعددة (أسقفية وخطية) ، وأجهزة تحليل ومستقطبات ، ومنشورات مدينة دبي للإنترنت ، ومرفقات مضان ، وقدرات تباين الطور. يعد نظام التصوير المجهري هو الأفضل من حيث التطور والأداء الذي يتميز بقياس البقعة والتحكم التلقائي في التعريض وتقريب الزوم من أجل تأطير مرن وسهل. تم تصميم الإطار على شكل حرف Y ليكون سهل الاستخدام من خلال توفير أقصى درجات راحة المشغل وسهولة الاستخدام.

تناولت المناقشة السابقة المفهوم الأساسي لماهية المجهر وتطرق إلى تاريخ مختصر يبدأ في القرن السابع عشر ويتقدم خلال العصر الحديث. هناك عدد من الموضوعات الإضافية التي لها أهمية قصوى نحو اكتساب فهم كامل للمجاهر والفحص المجهري. ستتم مناقشة هذه الموضوعات في الأقسام اللاحقة من الكتاب التمهيدي.

عمليا ، رأى الجميع ، في وقت أو آخر ، العالم من خلال مجهر ضوئي. بالنسبة لمعظم الناس ، تحدث هذه التجربة أثناء التدريب على علم الأحياء في المدرسة الثانوية أو الكلية ، على الرغم من أن بعض رواد الأعمال العلميين قد اشتروا مجاهرهم الخاصة إما بشكل فردي أو كجزء من مجموعة علمية. لطالما كان التصوير بالمجهر ، أو الأكثر شيوعًا ، التصوير المجهري ، أداة مفيدة للعلماء. لسنوات عديدة ، اعتمدت العلوم البيولوجية والطبية بشكل كبير على الفحص المجهري لحل المشكلات المتعلقة بالسمات المورفولوجية العامة للعينات بالإضافة إلى أداة كمية لتسجيل السمات والبيانات البصرية المحددة. في هذا الصدد ، أثبت المجهر الضوئي أنه مفيد في تحقيقات لا حصر لها في أسرار الحياة.

برنامج تعليمي تفاعلي
مسارات الضوء المجهرية المنعكسة استكشف المسارات الأساسية للضوء من خلال مجهر ضوئي منعكس (أسقفي).

في الآونة الأخيرة ، شهد الفحص المجهري نموًا هائلاً كأداة في العلوم الفيزيائية والمواد وكذلك صناعة أشباه الموصلات ، بسبب الحاجة إلى مراقبة السمات السطحية للمواد الجديدة عالية التقنية والدوائر المتكاملة. أصبح الفحص المجهري أيضًا أداة مهمة لعلماء الطب الشرعي الذين يفحصون باستمرار الشعر والألياف والملابس وبقع الدم والرصاص والعناصر الأخرى المرتبطة بالجرائم. بشرت التطورات الحديثة في بقع الفلوروكروم وتقنيات الأجسام المضادة أحادية النسيلة بنمو هائل في استخدام الفحص المجهري الفلوري في كل من التحليل الطبي الحيوي وبيولوجيا الخلية.

برنامج تعليمي تفاعلي
مسارات الضوء المجهرية الفلورية استكشاف مسارات الضوء المنعكس والتصفية ثنائية اللون في الفحص المجهري الفلوري.

تتضمن الاختلافات الأساسية بين الفحص المجهري للطب الحيوي والمواد المجهرية كيف يضيء المجهر الضوء على العينة. في المجهر البيولوجي الكلاسيكي ، يتم تحضير عينات رفيعة جدًا ويمرر الضوء أو ينتقل عبر العينة ، مع التركيز على الهدف ثم تمريره إلى العدسات المجهرية. لمراقبة سطح الدوائر المتكاملة (التي تتألف من الأعمال الداخلية لأجهزة الكمبيوتر الحديثة) يمر الضوء من خلال الهدف ثم ينعكس من سطح العينة إلى هدف المجهر. في التسميات العلمية ، يُعرف الفحص المجهري للضوء المنعكس والمنقول باسم الفحص المجهري الضوئي الإسقفي والماضي ، على التوالي. يتم اشتقاق الصور المجهرية الموجودة في معارض الصور لدينا من التحقيقات العلمية المجهرية الضوئية المنقولة والمنعكسة.

واحدة من أخطر المشاكل في الفحص المجهري هي ضعف التباين الناتج عندما يمر الضوء من خلال عينات رقيقة جدًا أو ينعكس من الأسطح بدرجة عالية من الانعكاسية. للتحايل على هذا النقص في التباين ، اتقن العلماء العديد من "الحيل" البصرية لزيادة التباين ولتوفير اختلافات لونية في العينات. تشمل مجموعة التقنيات في حقيبة الميكروسكوب: الضوء المستقطب ، وتصوير تباين الطور ، وتباين التداخل التفاضلي ، وإضاءة الفلورة ، وإضاءة المجال المظلم ، وإضاءة راينبرغ ، وتباين تعديل هوفمان ، واستخدام مختلف المرشحات البصرية الجيلاتينية. يتم توفير مناقشة شاملة لهذه التقنيات في قسم تقنيات الفحص المجهري المتخصصة من هذا التمهيدي. يتم توفير المراجع في كل من النموذج الببليوغرافي الكلاسيكي وكارتباطات موقع الويب في الصفحة الأمامية من كتاب الفحص المجهري التمهيدي. يجب أن تعمل هذه على توفير مزيد من التفاصيل حول الفحص المجهري والتصوير المجهري للقراء المهتمين بالإضافة إلى روابط لمواد إضافية على شبكة الويب العالمية.

Mortimer Abramowitz - Olympus America، Inc.، Two Corporate Center Drive.، Melville، New York، 11747.

مايكل دبليو ديفيدسون - المختبر الوطني للحقل المغناطيسي العالي ، 1800 إيست بول ديراك دكتور ، جامعة ولاية فلوريدا ، تالاهاسي ، فلوريدا ، 32310.


2.3: أدوات الفحص المجهري - علم الأحياء

النماذج المطلوبة لهذا المعمل

النماذج الموجودة في معظم المدارس تستخدم العدسات المركبة والضوء لتكبير الأشياء. تنحني العدسات الضوء أو تنكسر ، مما يجعل الكائن الموجود تحتها يبدو أقرب.

يسمح هذا المجهر بمشاهدة مجهر (عينان) لعينات أكبر. (المجهر الدوار الموجود أعلى هذه الصفحة هو مجسم)

مجهر المسح الإلكتروني (SEM)

يسمح هذا المجهر للعلماء برؤية كون صغير جدًا بحيث لا يمكن رؤيته بالمجهر الضوئي. لا تستخدم SEM موجات الضوء بل تستخدم الإلكترونات (جسيمات كهربائية سالبة الشحنة) لتكبير الأجسام حتى مليوني مرة.

مجهر الكتروني ناقل الحركة (TEM)

يستخدم هذا المجهر أيضًا الإلكترونات ، ولكن بدلاً من مسح السطح (كما هو الحال مع SEM) ، يتم تمرير الإلكترونات عبر عينات رقيقة جدًا.

كان المجهر أحد الأدوات الرئيسية التي استخدمها عالم الأحياء لمئات السنين. تم إجراء عدد من التحسينات على المجاهر الضوئية خلال أول قرنين أو ثلاثة قرون بعد اختراعهم. ومع ذلك ، منذ مطلع القرن ، لم تكن هناك تحسينات كبيرة. كان هناك تقدم مستمر في طرق تحضير وتحليل العينات. كانت هناك أيضًا تعديلات على المجهر الضوئي والتي تسمح بطرق جديدة للتحليل (تباين الطور ، التألق ، المسح بالليزر متحد البؤر ، إلخ) وإدخال المجهر الإلكتروني الذي يمكن أن يدفع التحليل المجهري إلى المستوى الجزيئي.

الغرض الرئيسي من المجهر هو تكبير وزيادة رؤية جسم صغير. دائمًا ما يتم نقش تكبير العدسة عليها. ستستخدم مجهرًا مركبًا به نظام عدسات. المجموع
تكبير النطاق هو نتاج تكبير العدسة الشيئية والعينية (أو العدسة العينية). على سبيل المثال ، باستخدام هدف منخفض الطاقة (تكبير = 3.4X) وعدسة قياسية (تكبير = 10x) ، يكون التكبير الكلي هو 34X.

الدقة هي سمة مهمة للميكروسكوب. حد دقة النظام البصري هو الحد الأدنى للمسافة التي يمكن من خلالها فصل كائنين ولا يزال يُنظر إليهما على أنهما متميزان. ستُنظر إلى نقطتين تم وضعهما بالقرب من هذا الحد على أنهما نقطة واحدة. تسمح الدقة الأكبر للشخص برؤية كائن ما بشكل أكثر وضوحًا وإبراز التفاصيل الداخلية.

ستسمح لك الإضاءة المناسبة بالحصول على أفضل دقة ممكنة. يجب ضبط الإضاءة لكل هدف في كل مرة يتم فيها إجراء تغيير. التعديلات التي ستؤثر على إضاءة المجهر تتضمن تغيير غشاء القزحية. يتم استخدام غشاء القزحية لمطابقة الفتحة (الفتحة) مع فتحة الهدف. لا ينبغي استخدامه للتحكم في شدة الإضاءة. مع بعض العينات غير الملوثة أو الشفافة ، قد يكون من الضروري إغلاق القزحية قليلاً لتحسين التباين. يتم ذلك دائمًا على حساب القرار. سيؤدي وجود الكثير من الضوء عبر الحجاب الحاجز إلى غسل العينة التي تشاهدها بشكل مشابه لعرض كائن بضوء ساطع في الخلفية.

رسم 1
** ارسم مجهر ضوئي مركب وقم بتسمية ما يلي: E yepiece، الهدف، المرحلة،
ضبط دقيق ، تعديل خشن ، غشاء

الرابط أدناه لتختبر نفسك على أجزاء من مجهر ضوئي مركب. أنت تفعل ليس بحاجة إلى إرسال إجابات الاختبار مع تقرير المعمل الخاص بك.

يوجد رابط بديل لفيديو Microcope أدناه.


/>
الشكل 1.10
سرطان الخلايا السنخية

في الولايات المتحدة ، يعد سرطان الرئة السبب الرئيسي للوفاة المرتبطة بالسرطان بين الرجال والنساء. عادة ما تعتبر شعبية تدخين التبغ طوال القرن العشرين مسؤولة عن انتشار المرض ، حيث تم ربط السجائر بحوالي 90 في المائة من حالات سرطان الرئة لدى الرجال و 80 في المائة لدى النساء. ومع ذلك ، يبدو أن سرطان الخلايا السنخية لا علاقة له بالتدخين. يُعرف أيضًا باسم سرطان القصبات الهوائية ، وبدلاً من ذلك يبدو أن سرطان الخلايا السنخية أكثر عرضة للتطور لدى الأفراد الذين تعرضت رئتهم للتندب بسبب أمراض أخرى ، مثل تصلب الجلد أو السل أو التليف. يمكن أن يكون تطور هذا النوع من السرطان بطيئًا جدًا ، وغالبًا ما يكون لدى المرضى المصابين بالمرض تشخيص أفضل من الأشخاص المصابين بأنواع أخرى من سرطان الرئة. انظر إلى الصورة المجهرية أعلاه لسرطان الخلايا السنخية. العضيات الأرجوانية الداكنة التي تراها في الخلايا الفردية هي نوى الخلايا السنخية في الرئتين. يجب أن تكون النوى الطبيعية مستديرة أو مستطيلة الشكل. لاحظ أن العديد من النوى مشوهة (مثلثة أو مكعبة). تشير هذه النوى المشوهة إلى وجود خلايا سرطانية غير طبيعية. انقر فوق الارتباط أدناه لعرض نفس الصورة أعلاه مع العديد من الخلايا السرطانية محاطة بدائرة باللون الأخضر.

ط) البكتيريا

لاحظ الصورة التالية التي توضح الأنواع الثلاثة المختلفة للبكتيريا. استخدم الروابط الواردة أدناه لعرض الشرائح المجهرية لكل شكل من الأشكال الثلاثة للبكتيريا.

رسم 2
** حدد الأشكال المختلفة للبكتيريا في رسمك التخطيطي على النحو التالي: Baccilus ، Cocci ، Spirillum

العصوية (على شكل قضيب)

كوتشى (كروي الشكل)

سبيريلوم (شكل حلزوني)

II) الأنسجة الدهنية

الصورة على اليمين عبارة عن منظر مجهري 100X لمقطع عرضي من الأنسجة الدهنية. الهياكل البيضاء الكبيرة هي الخلايا الدهنية (الدهون). الهياكل الصغيرة ذات اللون الأحمر الداكن هي نوى الخلايا الفردية.

رسم 3
**ارسم فقط عددًا قليلاً من الخلايا الموجودة في الصورة على يمينك. الأجسام الحمراء الداكنة التي يمكنك رؤيتها هي نوى الخلايا

فيديو لعرض مجهري 100X لقطرة من ماء البركة. اضغط على السهم لمشاهدة الفيديو.

سيكون تنوع الكائنات الحية التي تراها هنا نموذجيًا لمعظم برك المياه العذبة. الكائنات الكروية الصغيرة التي شوهدت تطفو هي البكتيريا. الكائنات الخضراء ، الكبيرة والصغيرة ، سريعة الحركة ، التي تنطلق بسرعة هي البراميسيوم الذي يتغذى على البكتيريا. الكائنات الحية على شكل القبعة هي الفطريات مرة أخرى تتغذى على البكتيريا. الكتل البنية المخضرة الداكنة هي مستعمرات بكتيرية وطحالب. الكائنات المستطيلة الخضراء هي الطحالب الخضراء. الخيوط الطويلة الرفيعة المنتشرة في جميع أنحاء العينة عبارة عن طحالب خضراء مزرقة.

يمكن العثور على رابط بديل أدناه:

بعض الأفلام الشيقة باستخدام المجهر الضوئي

انقر على الروابط أدناه لترى دب الماء يتحرك بقوة مجهرية تبلغ 250X

دب الماء 1

دب الماء 2

الأميبا تبتلع عنصرًا غذائيًا في عملية تسمى البلعمة بتكبير 400 مرة

الأرجل الكاذبة ، أو الأقدام الزائفة ، تتمدد وتتراجع بينما تتحرك هذه الأميبا عبر مجال الميكروسكوب بتكبير يصل إلى 100 ضعف

نظرة فاحصة وشخصية على الأعمال الداخلية للباراميسيوم بتكبير 400x

مجموعة من باراميسيا السباحة (الكائنات الحية الصغيرة) ، تبدو أشبه بمجموعة من السيارات الواقية من الصدمات أثناء اصطدامها وارتدادها عن بعضها البعض

استخدام المجهر لمعرفة الفروق بين الخلايا الطبيعية والخلايا السرطانية

1) ما هي وظيفة الحجاب الحاجز؟
2) وصف ميزة وجود مجهر بأعلى دقة.
3) احسب تكبير نظام العدسة لما يلي:
أ) الهدف البصري 10x
ب) بصري - 10X الهدف - 43X
ج) بصري - 10X الهدف - 1X
د) بصري - 10X الهدف - 2X
4) ما هي أهم صفة للميكروسكوب؟

انقر هنا للحصول على نسخة MS WORD من الأسئلة

انقر هنا للحصول على نسخة PDF من الأسئلة

** انتقل إلى الموقع التالي للربط بمجهر ضوئي افتراضي. في موقع المجهر الافتراضي ، ستحتاج إلى إجراء البرنامج التعليمي حتى تتعلم كيفية استخدام المجهر. انقر فوق ارتباط البدء في أعلى الجانب الأيسر. بعد تعلم كيفية استخدام المجهر وعرض العينات ، أجب عن الأسئلة الواردة أدناه على Virtual Light Microscopy.


مجهر ضوئي خفيف

أ) نفذ البرنامج التعليمي (البدء) حتى تتعلم كيفية استخدام المجهر
ب)
هناك أربع شرائح لعرضها. اختر لعرض ملف شريحة مسحة الخد. يمكنك عرض الآخرين إذا كنت ترغب في ذلك ولكن الأسئلة تتعلق فقط بـ شريحة مسحة الخد.
ج) ستستخدم قدرات العدسة الموضوعية 10x و 40 X و 100X
د) استخدم أشرطة الشرائح التركيز والإضاءة لرؤية خلايا الخد بشكل أفضل.
ه) أجب عن أسئلة الفحص المجهري للضوء الافتراضي المقدمة أدناه.

يمكنك استخدام رابط الصفحة أدناه للوصول إلى صورة معنونة من المجهر

1) كم عدد الخلايا الفردية التي يمكنك الاعتماد عليها في قوى التكبير الموضوعية التالية؟
أ) 10x
ب) 40X
ج) 100 ضعف
2)
إذا كانت العدسة تتمتع بقوة 10x ، فما هو التكبير الكلي عندما تلاحظ الخلايا بقوة موضوعية تبلغ 40X؟
3)
بأي قوة تستطيع تمييز نواة الخلايا؟ (النواة هي العضية الكبيرة الأكثر قتامة والتي تقع بالقرب من مركز الخلية)
4)
صف ماذا يحدث إذا كان هناك الكثير من الإضاءة.

انقر هنا للحصول على نسخة MS WORD من الأسئلة

انقر هنا للحصول على نسخة PDF من الأسئلة

يرجى العثور أدناه على الروابط لمواقع الفحص المجهري للضوء الافتراضي الأخرى

تم تطوير نوعين من المجاهر الإلكترونية على مدى نصف القرن الماضي: المجهر الإلكتروني (TEM) و المجهر الإلكتروني (SEM). تحتوي هذه الأدوات على عدسات مغناطيسية تركز شعاعًا من الإلكترونات على العينة. تولد الإلكترونات المستخدمة بهذه الطريقة طولًا موجيًا قد يكون أقصر بـ 100000 مرة من طول الضوء المرئي. نتيجة لذلك ، تتمتع المجاهر الإلكترونية بقدرات تحليلية تصل إلى 400 ضعف قوة المجاهر الضوئية و 200000 ضعف قوة العين البشرية.

يقصف TEM عينة رقيقة بالإلكترونات. اعتمادًا على تكوينها ، تقوم مكونات العينة إما بنقل الإلكترونات أو امتصاصها أو انحرافها. الصورة التي تم إنتاجها على لوح فوتوغرافي هي ترجمة مرئية لتفاعل الإلكترونات مع العينة. أعطى المجهر الإلكتروني النافذ للعلماء أول نظرة على عالم الفيروسات ، غير المرئي بواسطة المجهر الضوئي ، ويسمح لنا اليوم برؤية الجزيئات والذرات.

يختلف SEM تمامًا عن TEM. إنه مصمم لتوليد صور ثلاثية الأبعاد لتفاصيل السطح. يحرك هذا المجهر شعاعًا إلكترونيًا ذهابًا وإيابًا على سطح عينة مغلفة بالمعادن مما يتسبب في انبعاث إلكترونات ثانوية من العينة. تنتج الإلكترونات الثانوية الصور المذهلة المميزة للمسح المجهري الإلكتروني.

فيديو يوضح كيفية عمل المجهر الإلكتروني. اضغط على السهم لمشاهدة الفيديو.

يمكن العثور على رابط بديل أدناه:


الشكل 1.16
نقل مجهرية الكترونية
من فيروس شلل الأطفال

الشكل 1.17
نقل مجهرية الكترونية
من فيروس الإيبولا

فيديو للعديد من المناظر المجهرية الإلكترونية لمسح خلايا من جسم الإنسان. اضغط على السهم لمشاهدة الفيديو.

يمكن العثور على رابط بديل أدناه:

لمراقبة (حل) كائنات أصغر من 0.2 متر يتطلب استخدام المجهر الإلكتروني (EM). بدلاً من استخدام الضوء المرئي ، تركز المجاهر الإلكترونية شعاعًا من الإلكترونات على جزء رقيق جدًا من المادة البيولوجية التي تم حفظها كيميائيًا (مثبتة) ومدمجة في البلاستيك. للإلكترونات طول موجي أقصر بكثير من فوتونات الضوء المرئي المستخدمة فيها LM. نظرًا لأن قوة التحليل مرتبطة عكسيًا بطول الموجة ، يمكن للمجاهر الإلكترونية الحديثة حل الكائنات التي يبلغ طولها حوالي 0.2 متر. هذه الزيادة الهائلة في الدقة هي التي سمحت لعلماء الأحياء بتمييز التفاصيل الدقيقة لبنية الخلية. على الرغم من أنها أداة قوية ، إلا أنه يمكن ملاحظة الخلايا المحفوظة كيميائيًا فقط م. المراقبة الروتينية للخلايا الحية بواسطة المجاهر الإلكترونية هي هدف لم يتحقق بعد.

يشار إلى نوع المجهر الإلكتروني الموصوف أعلاه عمومًا باسم المجهر الإلكتروني للإرسال (تيم). في تيم، يمر شعاع الإلكترونات مباشرة عبر العينة باستثناء الحالات التي تنحرف فيها الإلكترونات عن طريق ذرات المعادن الثقيلة (الرصاص و / أو اليورانيوم) التي تم استخدامها في & اقتباس العينة وتركيز الإلكترونات المرسلة على فيلم فوتوغرافي حيث يتم تصوير الصورة و مسجل.

الاختلاف في هذا النهج هو المسح المجهري الإلكتروني (SEM). في SEMيقوم شعاع الإلكترون بمسح سطح عينة مطلية بطبقة رقيقة من الذهب. تثير شعاع الإلكترونات ذرات العينة مما يؤدي إلى إخراج الإلكترونات التي يتم جمعها وتحويلها إلى صورة يتم عرضها على الشاشة. الصورة التي يتم إنتاجها لها عمق مجال كبير وبالتالي تبدو ثلاثية الأبعاد. SEM يستخدم للكشف عن تفاصيل السطح لأنواع مختلفة من الخلايا.

**انتقل إلى الموقع التالي لتجربة المجهر الإلكتروني الافتراضي الماسح. أجب عن الأسئلة المتعلقة بالمجهر الإلكتروني الافتراضي الواردة أدناه.
مجهر الكتروني افتراضي

أ) هناك ثلاث عينات لعرضها معروضة على الجانب الأيسر
ب) يمكنك استخدام زر MAGNIFY على الجهاز لتكبير العينة الخاصة بك
ج) أجب عن الأسئلة المتعلقة بتجاربك في هذا الموقع أدناه.

1) كم عدد الخلايا الجذعية التي يمكنك عدها؟
2) أي من الخلايا أكبر هي الخلايا الجذعية أو الخلية التائية
3) أي خلية هي الأكبر؟
4) وصف شكل خلايا الدم الحمراء
5) ما رأيك في الخيوط الوردية حول الألياف العصبية
6) هل يسمح المجهر الإلكتروني بدرجة تكبير أعلى من المجهر الضوئي؟ لماذا ا؟

انقر هنا للحصول على نسخة MS WORD من الأسئلة

انقر هنا للحصول على نسخة PDF من الأسئلة

رابط إلى مجهر إلكتروني افتراضي آخر

شيء مثير للاهتمام حول القياسات

اعرض مجرة ​​درب التبانة على بعد 10 ملايين سنة ضوئية من الأرض.ثم تحرك عبر الفضاء باتجاه الأرض بترتيب متتالي من حيث الحجم حتى تصل إلى شجرة بلوط طويلة خارج مباني المختبر الوطني للحقل المغناطيسي العالي في تالاهاسي ، فلوريدا. بعد ذلك ، ابدأ بالانتقال من الحجم الفعلي للورقة إلى عالم مجهري يكشف جدران الخلايا الورقية ونواة الخلية والكروماتين والحمض النووي وأخيراً إلى الكون دون الذري للإلكترونات والبروتونات.

قياسات الفيلم

جرب هذه القياسات التفاعلية الرائعة. قم بتمرير شريط التمرير في الجزء السفلي من التفاعل لعرض العناصر الأصغر أو الأكبر.

ما حجم البكتيريا والفيروسات؟

استخدم هذا الموقع لعرض الحجم النسبي لأشياء مثل الأميبا وخلايا الجلد والكروموسومات والبكتيريا وما إلى ذلك. استخدم الشريط المنزلق في أسفل الصفحة لتكبير الكائنات الأصغر.

مقياس


شاهد الفيديو: مقدمة عن علم الميكروبيولوجي الأحياء المجهريه الدقيقه. Introduction to Microbiology (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Dasida

    يؤسفني أنني لا أستطيع فعل أي شيء. أتمنى أن تجد الحل الصحيح.

  2. Kandiss

    عذرًا لذلك أتدخل ... لكن هذا الموضوع قريب جدًا مني. يمكنني المساعدة في الإجابة. اكتب في رئيس الوزراء.

  3. R'phael

    نتائج التواصل الغريبة.

  4. Scotty

    نعم حسنا أنت! قف!

  5. Ker

    أتفق معها تمامًا. في هذا لا شيء هناك وأعتقد أن هذه فكرة جيدة. أتفق معها تمامًا.



اكتب رسالة


الشكل 1.18
مسح صورة مجهرية الكترونية
فيروس نقص المناعة البشرية ينمو في الخلايا الليمفاوية المستزرعة


الشكل 1.19
مسح صورة مجهرية الكترونية
اللولبية الشاحبة
(العامل المسبب لمرض الزهري)