กล้องจุลทรรศน์
กล้องจุลทรรศน์ (จากกรีกโบราณ : μικρός , mikros , "เล็ก" และσκοπεῖν , skopeîn "รูปลักษณ์" หรือ "เห็น") เป็นเครื่องมือที่ใช้ในห้องปฏิบัติการที่ใช้ในการตรวจสอบวัตถุที่มีขนาดเล็กเกินไปที่จะมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า กล้องจุลทรรศน์เป็นศาสตร์แห่งการตรวจสอบวัตถุและโครงสร้างขนาดเล็กโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ กล้องจุลทรรศน์หมายถึงการมองไม่เห็นด้วยตาเว้นแต่จะได้รับความช่วยเหลือจากกล้องจุลทรรศน์
 กล้องจุลทรรศน์ | |
| ใช้ | การสังเกตตัวอย่างขนาดเล็ก |
|---|---|
| การทดลองที่โดดเด่น | การค้นพบเซลล์ |
| รายการที่เกี่ยวข้อง | กล้องจุลทรรศน์ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน |
กล้องจุลทรรศน์มีหลายประเภทและอาจจัดกลุ่มในลักษณะต่างๆกัน วิธีหนึ่งคือการอธิบายวิธีการที่ใช้เครื่องมือในการโต้ตอบกับตัวอย่างและผลิตภาพอย่างใดอย่างหนึ่งโดยการส่งลำแสงของไฟหรืออิเล็กตรอนผ่านตัวอย่างในของเส้นทางแสงโดยการตรวจสอบการปล่อยโฟตอนจากตัวอย่างหรือโดยการสแกนข้ามและ ระยะทางสั้น ๆ จากพื้นผิวของตัวอย่างโดยใช้หัววัด กล้องจุลทรรศน์ที่พบมากที่สุด (และเป็นสิ่งแรกที่ประดิษฐ์ขึ้น) คือกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงซึ่งใช้เลนส์เพื่อหักเห แสงที่มองเห็นได้ซึ่งผ่านตัวอย่างที่มีการแบ่งส่วนบาง ๆเพื่อสร้างภาพที่สังเกตได้ ชนิดที่สำคัญอื่น ๆ ของกล้องจุลทรรศน์เป็นกล้องจุลทรรศน์เรืองแสง , กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (ทั้งกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ) และประเภทต่างๆของสแกนกล้องจุลทรรศน์สอบสวน [1]
ประวัติศาสตร์
แม้ว่าวัตถุที่มีลักษณะคล้ายเลนส์จะมีอายุย้อนกลับไปถึง 4,000 ปีและยังมีเรื่องราวในภาษากรีกเกี่ยวกับคุณสมบัติทางแสงของทรงกลมที่เติมน้ำ (ศตวรรษที่ 5 ก่อนคริสต์ศักราช) ตามด้วยงานเขียนเกี่ยวกับเลนส์หลายศตวรรษการใช้กล้องจุลทรรศน์ธรรมดา ( แว่นขยาย ) ที่รู้จักกันมากที่สุดในยุคแรก ๆ นั้นย้อนกลับไปถึง การใช้เลนส์แว่นตาอย่างแพร่หลายในศตวรรษที่ 13 [2] [3] [4]ที่เก่าแก่ที่สุดตัวอย่างที่รู้จักกันของกล้องจุลทรรศน์สารประกอบซึ่งรวมเลนส์ใกล้วัตถุที่อยู่ใกล้กับชิ้นงานที่มีช่องมองภาพเพื่อดูภาพที่แท้จริงปรากฏในยุโรปรอบ 1620 [5]ประดิษฐ์เป็นที่รู้จักถึงแม้ว่าหลายคนอ้างว่า ได้ถูกสร้างขึ้นในช่วงหลายปีที่ผ่านมา หลายคนหมุนรอบศูนย์การสร้างปรากฏการณ์ในเนเธอร์แลนด์รวมถึงการอ้างสิทธิ์ว่ามันถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี 1590 โดยZacharias Janssen (อ้างสิทธิ์โดยลูกชายของเขา) และ / หรือฮันส์มาร์เทนส์พ่อของซาคาเรียส[6] [7]อ้างว่ามันถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยพวกเขา เพื่อนบ้านและคู่แข่งผู้ผลิตแว่นตาHans Lippershey (ซึ่งยื่นขอสิทธิบัตรกล้องโทรทรรศน์ตัวแรกในปี 1608) [8]และอ้างว่ามันถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยCornelis Drebbel ชาวต่างชาติ ซึ่งถูกบันทึกว่ามีเวอร์ชั่นในลอนดอนในปี ค.ศ. 1619 [9] [10]กาลิเลโอกาลิเลอี (บางครั้งอ้างว่าเป็นนักประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์แบบผสม) ดูเหมือนว่าจะพบหลังจากปี 1610 ว่าเขาสามารถโฟกัสกล้องโทรทรรศน์ของเขาเพื่อดูวัตถุขนาดเล็กได้และหลังจากเห็นกล้องจุลทรรศน์แบบประกอบที่สร้างโดย Drebbel ซึ่งจัดแสดงในกรุงโรมในปี 1624 ก็ได้สร้างเวอร์ชันที่ปรับปรุงขึ้นเอง [11] [12] [13] Giovanni Faber เป็นผู้บัญญัติชื่อกล้องจุลทรรศน์สำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบประกอบที่กาลิเลโอส่งไปยังAccademia dei Linceiในปี 1625 [14] (กาลิเลโอเรียกมันว่า " occhiolino " หรือ " ตาน้อย ")
การเพิ่มขึ้นของกล้องจุลทรรศน์แสงที่ทันสมัย
บัญชีรายละเอียดแรกของกายวิภาคศาสตร์กล้องจุลทรรศน์ของเนื้อเยื่ออินทรีย์ขึ้นอยู่กับการใช้กล้องจุลทรรศน์ไม่ปรากฏจนถึง 1644 ใน Giambattista Odierna ของL'occhio della moscaหรือของ Fly ตา [15]
กล้องจุลทรรศน์ยังคงเป็นสิ่งแปลกใหม่ส่วนใหญ่จนถึงช่วงทศวรรษที่ 1660 และ 1670 เมื่อนักธรรมชาติวิทยาในอิตาลีเนเธอร์แลนด์และอังกฤษเริ่มใช้มันเพื่อศึกษาชีววิทยา Marcello Malpighiนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีซึ่งเรียกว่าบิดาแห่งจุลวิทยาโดยนักประวัติศาสตร์ชีววิทยาบางคนเริ่มวิเคราะห์โครงสร้างทางชีววิทยาด้วยปอด สิ่งพิมพ์ใน 1665 ของโรเบิร์ตฮุค 's Micrographiaมีผลกระทบมากเพราะภาพที่น่าประทับใจ ผลงานที่สำคัญมาจากAntonie van Leeuwenhoekซึ่งสามารถขยายได้ถึง 300 เท่าโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบเลนส์เดี่ยว เขาประกบเลนส์ลูกแก้วขนาดเล็กมากระหว่างรูในแผ่นโลหะสองแผ่นที่ตรึงเข้าด้วยกันและมีเข็มที่สามารถปรับได้โดยใช้สกรูยึดเพื่อยึดชิ้นงาน [16]จากนั้น Van Leeuwenhoek ได้ค้นพบเซลล์เม็ดเลือดแดงอีกครั้ง(หลังจากJan Swammerdam ) และตัวอสุจิและช่วยให้แพร่หลายในการใช้กล้องจุลทรรศน์เพื่อดูโครงสร้างพิเศษทางชีววิทยา เมื่อวันที่ 9 ตุลาคม ค.ศ. 1676 Van Leeuwenhoek รายงานการค้นพบสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก [15]
ประสิทธิภาพของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงขึ้นอยู่กับคุณภาพและการใช้ระบบเลนส์คอนเดนเซอร์อย่างถูกต้องเพื่อโฟกัสแสงไปที่ชิ้นงานและเลนส์ใกล้วัตถุเพื่อจับแสงจากชิ้นงานและสร้างภาพ [5]เครื่องมือในยุคแรกถูก จำกัด จนกระทั่งหลักการนี้ได้รับการชื่นชมและพัฒนาอย่างเต็มที่ตั้งแต่ปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 ถึงต้นศตวรรษที่ 20 และจนกระทั่งหลอดไฟฟ้าสามารถใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงได้ ในปี 1893 สิงหาคมKöhlerได้พัฒนาหลักการสำคัญของการส่องสว่างตัวอย่างนั่นคือการส่องสว่างของKöhlerซึ่งเป็นหัวใจสำคัญในการบรรลุข้อ จำกัด ทางทฤษฎีของความละเอียดสำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง วิธีการส่องสว่างตัวอย่างนี้ให้แสงสว่างที่สม่ำเสมอและเอาชนะความเปรียบต่างและความละเอียดที่ จำกัด ซึ่งกำหนดโดยเทคนิคแรกเริ่มของการส่องสว่างตัวอย่าง พัฒนาการเพิ่มเติมในการส่องสว่างตัวอย่างมาจากการค้นพบเฟสคอนทราสต์โดยFrits Zernikeในปีพ. ศ. 2496 และการส่องสว่างคอนทราสต์สัญญาณรบกวนที่แตกต่างกันโดยGeorges Nomarskiในปี พ.ศ. ซึ่งทั้งสองอย่างนี้อนุญาตให้ถ่ายภาพตัวอย่างโปร่งใสที่ไม่มีการย้อมสีได้
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ได้มีการพัฒนาทางเลือกที่สำคัญสำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงซึ่งเป็นเครื่องมือที่ใช้ลำแสงอิเล็กตรอนมากกว่าแสงในการสร้างภาพ Ernst Ruskaนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันซึ่งทำงานร่วมกับวิศวกรไฟฟ้าMax Knollได้พัฒนากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนต้นแบบตัวแรกในปีพ. ศ. 2474 ซึ่งเป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านทำงานบนหลักการที่คล้ายกันกับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง แต่ใช้อิเล็กตรอนแทนแสงและแม่เหล็กไฟฟ้าแทนเลนส์แก้ว การใช้อิเล็กตรอนแทนแสงช่วยให้ได้ความละเอียดสูงขึ้นมาก
การพัฒนาของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนตามมาอย่างรวดเร็วในปี 1935 โดยการพัฒนาของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนโดยแม็กซ์ Knoll [17]แม้ว่า TEM จะถูกใช้เพื่อการวิจัยก่อนสงครามโลกครั้งที่สองและได้รับความนิยมในภายหลัง แต่ SEM ก็ไม่สามารถใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์จนถึงปีพ. ศ. 2508
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเกียร์กลายเป็นที่นิยมต่อไปสงครามโลกครั้งที่สอง Ernst Ruska ซึ่งทำงานที่Siemensได้พัฒนากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านเชิงพาณิชย์เครื่องแรกและในปี 1950 การประชุมทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญเกี่ยวกับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนได้เริ่มขึ้น ในปีพ. ศ. 2508 กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดเชิงพาณิชย์เครื่องแรกได้รับการพัฒนาโดยศาสตราจารย์เซอร์ชาร์ลส์โอ๊ตลีย์และแกรีสจ๊วตนักศึกษาระดับปริญญาโทและวางตลาดโดย บริษัทเคมบริดจ์อินสตรอนในชื่อ "Stereoscan"
หนึ่งในการค้นพบล่าสุดเกี่ยวกับการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนคือความสามารถในการระบุไวรัส [18]เนื่องจากกล้องจุลทรรศน์นี้สร้างภาพออร์แกเนลล์ขนาดเล็กที่มองเห็นได้ชัดเจนในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจึงไม่จำเป็นต้องใช้รีเอเจนต์เพื่อดูไวรัสหรือเซลล์ที่เป็นอันตรายซึ่งส่งผลให้วิธีการตรวจหาเชื้อโรคมีประสิทธิภาพมากขึ้น
การสแกนกล้องจุลทรรศน์โพรบ
จาก 1,981-1,983 หน่วยงานรัฐบาล Definiensและเฮ็น Rohrerทำงานที่ไอบีเอ็มในซูริค , สวิตเซอร์เพื่อศึกษาควอนตัมอุโมงค์ปรากฏการณ์ พวกเขาสร้างเครื่องมือที่ใช้งานได้จริงคือกล้องจุลทรรศน์โพรบแบบสแกนจากทฤษฎีควอนตัมทันเนลซึ่งอ่านแรงขนาดเล็กมากที่แลกเปลี่ยนระหว่างหัววัดกับพื้นผิวของตัวอย่าง หัววัดเข้าใกล้พื้นผิวมากจนอิเล็กตรอนสามารถไหลอย่างต่อเนื่องระหว่างหัววัดและตัวอย่างทำให้กระแสจากพื้นผิวไปยังหัววัด กล้องจุลทรรศน์ไม่ได้รับการตอบรับที่ดีในตอนแรกเนื่องจากลักษณะที่ซับซ้อนของคำอธิบายทางทฤษฎีที่เป็นพื้นฐาน ในปี 1984 Jerry Tersoffและ DR Hamann ในขณะที่ Bell Laboratories ของ AT&T ในMurray Hill รัฐนิวเจอร์ซีย์ได้เริ่มตีพิมพ์บทความที่เชื่อมโยงทฤษฎีกับผลการทดลองที่ได้จากเครื่องมือ สิ่งนี้ตามมาอย่างใกล้ชิดในปี 2528 ด้วยเครื่องมือทางการค้าที่ใช้งานได้และในปี 1986 ด้วยการประดิษฐ์ของ Gerd Binnig, Quate และกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมของ Gerber จากนั้นได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ของ Binnig และ Rohrer สาขาฟิสิกส์สำหรับ SPM [19]
กล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนชนิดใหม่ได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเนื่องจากความสามารถในการใช้หัววัดและเคล็ดลับที่มีความละเอียดสูงเป็นพิเศษ
กล้องจุลทรรศน์เรืองแสง
การพัฒนาล่าสุดในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงส่วนใหญ่มุ่งไปที่การเพิ่มขึ้นของการใช้กล้องจุลทรรศน์เรืองแสงในทางชีววิทยา [20]ในช่วงทศวรรษสุดท้ายของศตวรรษที่ 20 โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยุคหลังจีโนมมีการพัฒนาเทคนิคต่างๆสำหรับการย้อมสีเรืองแสงของโครงสร้างเซลล์ [20]กลุ่มหลักของเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับการกำหนดเป้าหมายการย้อมสีเคมีของโครงสร้างของเซลล์โดยเฉพาะอย่างยิ่งตัวอย่างเช่นสารเคมีDAPIกับป้ายกำกับดีเอ็นเอใช้แอนติบอดีผันกับผู้สื่อข่าวเรืองแสงดูอิมมูโนและโปรตีนเรืองแสงเช่นโปรตีนเรืองแสงสีเขียว [21]เทคนิคเหล่านี้ใช้ฟลูออรีนที่แตกต่างกันเหล่านี้สำหรับการวิเคราะห์โครงสร้างของเซลล์ในระดับโมเลกุลทั้งในตัวอย่างที่มีชีวิตและคงที่
การเพิ่มขึ้นของกล้องจุลทรรศน์เรืองแสงทำให้เกิดการพัฒนาการออกแบบกล้องจุลทรรศน์สมัยใหม่ที่สำคัญนั่นคือกล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอล หลักการนี้ได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 2500 โดยMarvin Minskyแม้ว่าเทคโนโลยีเลเซอร์จะจำกัด การนำเทคนิคไปใช้จริง 2521 เมื่อThomasและChristoph Cremer ได้พัฒนากล้องจุลทรรศน์เลเซอร์คอนโฟคอลที่ใช้งานได้จริงเป็นครั้งแรกและเทคนิคนี้ได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วในช่วงทศวรรษที่ 1980
กล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูง
การวิจัยในปัจจุบันจำนวนมาก (ในต้นศตวรรษที่ 21) เกี่ยวกับเทคนิคกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาการวิเคราะห์superresolutionของตัวอย่างที่ติดฉลากเรืองแสง การส่องสว่างที่มีโครงสร้างสามารถปรับปรุงความละเอียดได้ประมาณสองถึงสี่เท่าและเทคนิคต่างๆเช่นกล้องจุลทรรศน์การลดการปล่อยก๊าซที่กระตุ้น (STED)กำลังเข้าใกล้ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน [22]สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากขีด จำกัด การเลี้ยวเบนเกิดขึ้นจากแสงหรือสิ่งกระตุ้นซึ่งทำให้ความละเอียดต้องเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเพื่อให้อิ่มตัวมาก Stefan Hell ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2014 สำหรับการพัฒนาเทคนิค STED พร้อมกับ Eric Betzig และ William Moerner ผู้ดัดแปลงกล้องจุลทรรศน์เรืองแสงสำหรับการสร้างภาพโมเลกุลเดี่ยว [23]
กล้องจุลทรรศน์ X-ray
กล้องจุลทรรศน์ X-ray เป็นเครื่องมือที่ใช้รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าโดยปกติจะอยู่ในแถบ X-ray อ่อนไปยังวัตถุภาพ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของเลนส์เอ็กซ์เรย์ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 ทำให้เครื่องมือนี้เป็นทางเลือกในการถ่ายภาพที่มีประสิทธิภาพ [24]มักใช้ในการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ (ดูการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ ) เพื่อสร้างภาพสามมิติของวัตถุรวมทั้งวัสดุทางชีวภาพที่ไม่ได้รับการแก้ไขทางเคมี ขณะนี้กำลังมีการวิจัยเพื่อปรับปรุงเลนส์สำหรับรังสีเอกซ์แบบแข็งซึ่งมีอำนาจทะลุทะลวงมากขึ้น [24]
ประเภท
กล้องจุลทรรศน์สามารถแยกออกเป็นชั้นต่างๆได้หลายประเภท การจัดกลุ่มหนึ่งขึ้นอยู่กับสิ่งที่โต้ตอบกับตัวอย่างเพื่อสร้างภาพเช่นแสงหรือโฟตอน (กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง) อิเล็กตรอน (กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน) หรือหัววัด (กล้องจุลทรรศน์โพรบแบบสแกน) หรืออีกวิธีหนึ่งคือสามารถจำแนกกล้องจุลทรรศน์ได้โดยขึ้นอยู่กับว่าพวกมันวิเคราะห์ตัวอย่างผ่านจุดการสแกน (กล้องจุลทรรศน์ออปติคอลแบบคอนโฟคอล, กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดและกล้องจุลทรรศน์โพรบแบบสแกน) หรือวิเคราะห์ตัวอย่างทั้งหมดในครั้งเดียว (กล้องจุลทรรศน์ออปติคอลฟิลด์กว้างและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน)
กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงสนามกว้างและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านต่างใช้ทฤษฎีของเลนส์ ( เลนส์สำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและเลนส์แม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน) เพื่อขยายภาพที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของคลื่นที่ส่งผ่านตัวอย่างหรือสะท้อนจากตัวอย่าง คลื่นที่ใช้คือแม่เหล็กไฟฟ้า (ในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ) หรือลำแสงอิเล็กตรอน (ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ) ความละเอียดในกล้องจุลทรรศน์เหล่านี้ถูก จำกัด โดยความยาวคลื่นของรังสีที่ใช้ในการถ่ายภาพตัวอย่างซึ่งความยาวคลื่นที่สั้นกว่าทำให้ได้ความละเอียดที่สูงขึ้น [20]
การสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลและอิเล็กตรอนเช่นกล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอลและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดใช้เลนส์เพื่อโฟกัสจุดของแสงหรืออิเล็กตรอนไปยังตัวอย่างจากนั้นวิเคราะห์สัญญาณที่เกิดจากลำแสงที่โต้ตอบกับตัวอย่าง จากนั้นจะสแกนจุดบนตัวอย่างเพื่อวิเคราะห์พื้นที่สี่เหลี่ยม การขยายภาพทำได้โดยการแสดงข้อมูลจากการสแกนพื้นที่ตัวอย่างขนาดเล็กบนหน้าจอที่ค่อนข้างใหญ่ กล้องจุลทรรศน์เหล่านี้มีขีดจำกัดความละเอียดเช่นเดียวกับออปติคอลฟิลด์กว้างโพรบและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
การสแกนกล้องจุลทรรศน์โพรบยังวิเคราะห์จุดเดียวในตัวอย่างจากนั้นสแกนหัววัดบนพื้นที่ตัวอย่างสี่เหลี่ยมเพื่อสร้างภาพ เนื่องจากกล้องจุลทรรศน์เหล่านี้ไม่ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือรังสีอิเล็กตรอนในการถ่ายภาพจึงไม่อยู่ภายใต้ขีดจำกัดความละเอียดเดียวกันกับกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลและอิเล็กตรอนที่อธิบายไว้ข้างต้น
ออปติคอล
ชนิดส่วนใหญ่ที่พบบ่อยของกล้องจุลทรรศน์ (และคิดค้นครั้งแรก) เป็นกล้องจุลทรรศน์ นี่คือเครื่องมือออพติคอล ที่มีเลนส์อย่างน้อยหนึ่งชิ้นซึ่งสร้างภาพขยายของตัวอย่างที่วางอยู่ในระนาบโฟกัส กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงมีแก้วหักเห (บางครั้งเป็นพลาสติกหรือควอตซ์ ) เพื่อโฟกัสแสงที่ดวงตาหรือไปที่เครื่องตรวจจับแสงอื่น กล้องจุลทรรศน์แบบใช้กระจกเงาทำงานในลักษณะเดียวกัน ขยายทั่วไปของแสงกล้องจุลทรรศน์สมมติแสงช่วงที่มองเห็นได้จะขึ้นอยู่กับ 1250x กับทฤษฎีขีด จำกัด ของความละเอียดประมาณ 0.250 ไมโครเมตรหรือ 250 นาโนเมตร [20]สิ่งนี้ จำกัด การขยายที่ใช้งานได้จริงไว้ที่ ~ 1500x เทคนิคเฉพาะทาง (เช่นการสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอลVertico SMI ) อาจมีกำลังขยายมากกว่านี้ แต่ความละเอียดมีจำกัดการเลี้ยวเบน การใช้งานของความยาวคลื่นสั้นกว่าแสงเช่นรังสีอัลตราไวโอเลตเป็นวิธีหนึ่งในการปรับปรุงความละเอียดเชิงพื้นที่ของกล้องจุลทรรศน์เช่นเดียวกับอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่นที่อยู่ใกล้กับสนามกล้องจุลทรรศน์แสง
Sarfusเป็นเทคนิคทางแสงล่าสุดที่เพิ่มความไวของกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลมาตรฐานไปยังจุดที่สามารถมองเห็นภาพฟิล์มนาโนเมตริกได้โดยตรง (ลดลงถึง 0.3 นาโนเมตร) และวัตถุนาโนที่แยกได้ (เส้นผ่านศูนย์กลางต่ำถึง 2 นาโนเมตร) เทคนิคนี้ขึ้นอยู่กับการใช้พื้นผิวที่ไม่สะท้อนแสงสำหรับกล้องจุลทรรศน์แสงสะท้อนแบบข้ามขั้ว
แสงอัลตราไวโอเลตช่วยให้ได้ความละเอียดของคุณสมบัติของกล้องจุลทรรศน์เช่นเดียวกับการถ่ายภาพตัวอย่างที่โปร่งใสกับดวงตา แสงอินฟราเรดใกล้สามารถใช้เพื่อแสดงภาพวงจรที่ฝังอยู่ในอุปกรณ์ซิลิกอนที่ถูกผูกมัดเนื่องจากซิลิคอนมีความโปร่งใสในบริเวณความยาวคลื่นนี้
ในกล้องจุลทรรศน์เรืองแสงสามารถใช้แสงหลายความยาวคลื่นตั้งแต่อัลตราไวโอเลตไปจนถึงแสงที่มองเห็นได้เพื่อทำให้ตัวอย่างเป็นฟลูออเรสซีซึ่งช่วยให้สามารถมองเห็นด้วยตาหรือด้วยกล้องที่มีความไวโดยเฉพาะ
กล้องจุลทรรศน์คอนทราสต์เฟสเป็นเทคนิคการส่องสว่างด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลซึ่งการเปลี่ยนเฟสเล็ก ๆในแสงที่ผ่านชิ้นงานโปร่งใสจะถูกแปลงเป็นแอมพลิจูดหรือการเปลี่ยนแปลงคอนทราสต์ในภาพ [20]การใช้คอนทราสต์เฟสไม่จำเป็นต้องมีการย้อมสีเพื่อดูสไลด์ เทคนิคกล้องจุลทรรศน์นี้ทำให้สามารถศึกษาวัฏจักรของเซลล์ในเซลล์ที่มีชีวิตได้
กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงแบบดั้งเดิมได้มีการพัฒนาไปสู่กล้องจุลทรรศน์ดิจิตอลเมื่อไม่นานมานี้ นอกจากหรือแทนที่จะดูวัตถุโดยตรงผ่านช่องมองภาพแล้วยังมีการใช้เซ็นเซอร์ประเภทหนึ่งที่คล้ายกับที่ใช้ในกล้องดิจิทัลเพื่อรับภาพซึ่งจะแสดงบนจอคอมพิวเตอร์ เซ็นเซอร์เหล่านี้อาจใช้เทคโนโลยีCMOSหรืออุปกรณ์ชาร์จคู่ (CCD) ขึ้นอยู่กับการใช้งาน
กล้องจุลทรรศน์ดิจิตอลที่มีระดับแสงน้อยมากเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อตัวอย่างทางชีวภาพที่มีช่องโหว่สามารถใช้ได้โดยใช้กล้องดิจิทัลที่มีความไวแสงแบบนับโฟตอน แสดงให้เห็นว่าแหล่งกำเนิดแสงที่ให้โฟตอนพันกันหลายคู่อาจลดความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหายกับตัวอย่างที่ไวต่อแสงมากที่สุด ในการประยุกต์ใช้การถ่ายภาพโกสต์กับกล้องจุลทรรศน์โฟตอนแบบกระจัดกระจายตัวอย่างจะส่องสว่างด้วยโฟตอนอินฟราเรดซึ่งแต่ละตัวอย่างมีความสัมพันธ์เชิงพื้นที่กับคู่หูที่พันกันอยู่ในแถบที่มองเห็นได้เพื่อการถ่ายภาพที่มีประสิทธิภาพโดยกล้องนับโฟตอน [26]
อิเล็กตรอน
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสองประเภทหลัก ๆ คือกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEMs) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEMs) [20] [21]ทั้งคู่มีชุดเลนส์แม่เหล็กไฟฟ้าและเลนส์ไฟฟ้าสถิตเพื่อโฟกัสลำแสงอิเล็กตรอนพลังงานสูงบนตัวอย่าง ใน TEM อิเล็กตรอนผ่านตัวอย่างคล้ายคลึงกับกล้องจุลทรรศน์แสงขั้นพื้นฐาน [20]สิ่งนี้ต้องการการเตรียมตัวอย่างระมัดระวังเนื่องจากอิเล็กตรอนกระจัดกระจายอย่างรุนแรงโดยวัสดุส่วนใหญ่ [21]ตัวอย่างจะต้องบางมาก (ต่ำกว่า 100 นาโนเมตร) เพื่อให้อิเล็กตรอนผ่านได้ [20] [21]ภาพตัดขวางของเซลล์ที่ย้อมด้วยออสเมียมและโลหะหนักเผยให้เห็นเยื่อหุ้มออร์แกเนลล์และโปรตีนที่ชัดเจนเช่นไรโบโซม [21]ด้วยความละเอียดระดับ 0.1 นาโนเมตรสามารถรับมุมมองโดยละเอียดของไวรัส (20 - 300 นาโนเมตร) และสายดีเอ็นเอ (ความกว้าง 2 นาโนเมตร) ได้ [21]ในทางตรงกันข้าม SEM มีขดลวดแรสเตอร์เพื่อสแกนพื้นผิวของวัตถุจำนวนมากด้วยลำแสงอิเล็กตรอนที่ละเอียด ดังนั้นชิ้นงานจึงไม่จำเป็นต้องมีการแบ่งส่วน แต่อาจจำเป็นต้องเคลือบด้วยชั้นโลหะนาโนเมตริกหรือคาร์บอนสำหรับตัวอย่างที่ไม่ก่อให้เกิดไฟฟ้า [20] SEM ช่วยให้สามารถถ่ายภาพพื้นผิวตัวอย่างได้อย่างรวดเร็วอาจเป็นไอน้ำบาง ๆ เพื่อป้องกันการแห้ง [20] [21]
กำลังสแกนหัววัด
กล้องจุลทรรศน์โพรบการสแกนประเภทต่างๆเกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์หลายประเภทที่เกิดขึ้นเมื่อหัววัดขนาดเล็กถูกสแกนและโต้ตอบกับชิ้นงานทดสอบ การโต้ตอบหรือโหมดเหล่านี้สามารถบันทึกหรือแมปเป็นฟังก์ชันของตำแหน่งบนพื้นผิวเพื่อสร้างแผนผังลักษณะ กล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนที่พบมากที่สุดสามประเภท ได้แก่ กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM), กล้องจุลทรรศน์ออปติคอลสแกนระยะใกล้ (MSOM หรือ SNOM, การสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์ออปติคอลระยะใกล้) และกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์ (STM) [27]กล้องจุลทรรศน์กำลังปรมาณูมีหัววัดที่ละเอียดโดยปกติจะเป็นซิลิกอนหรือซิลิกอนไนไตรด์ติดอยู่กับคาน; หัววัดจะถูกสแกนบนพื้นผิวของตัวอย่างและแรงที่ก่อให้เกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างหัววัดกับพื้นผิวของตัวอย่างจะถูกวัดและแมป กล้องจุลทรรศน์ออปติคอลแบบสแกนระยะใกล้คล้ายกับ AFM แต่หัววัดประกอบด้วยแหล่งกำเนิดแสงในใยแก้วนำแสงที่มีปลายซึ่งโดยปกติจะมีรูรับแสงเพื่อให้แสงผ่านได้ กล้องจุลทรรศน์สามารถจับแสงที่ส่งผ่านหรือสะท้อนเพื่อวัดคุณสมบัติทางแสงของพื้นผิวที่มีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นโดยทั่วไปเป็นตัวอย่างทางชีววิทยา กล้องจุลทรรศน์แบบเจาะอุโมงค์มีปลายโลหะที่มีปลายยอดเดี่ยว ปลายติดกับท่อที่กระแสไหล [28]ปลายจะถูกสแกนบนพื้นผิวของตัวอย่างที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจนกว่ากระแสไฟฟ้าในอุโมงค์จะไหล กระแสจะคงที่โดยการเคลื่อนไหวของปลายคอมพิวเตอร์และภาพจะเกิดขึ้นจากการเคลื่อนไหวของปลายที่บันทึกไว้ [27]
ประเภทอื่น ๆ
การสแกนกล้องจุลทรรศน์อะคูสติกใช้คลื่นเสียงเพื่อวัดความแปรปรวนของอิมพีแดนซ์อะคูสติก เช่นเดียวกับSonar โดยหลักการใช้สำหรับงานเช่นการตรวจจับข้อบกพร่องในชั้นล่างของวัสดุรวมถึงที่พบในวงจรรวม เมื่อวันที่ 4 กุมภาพันธ์ 2556 วิศวกรชาวออสเตรเลียได้สร้าง "กล้องจุลทรรศน์ควอนตัม" ซึ่งให้ความแม่นยำที่เหนือชั้น [29]
ดูสิ่งนี้ด้วย
- กล้องจุลทรรศน์ตัดกันการรบกวนการเรืองแสง
- microdissection จับเลเซอร์
- การประมวลผลภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์
- สไลด์กล้องจุลทรรศน์
- กล้องจุลทรรศน์ระนาบ Multifocal
- Royal Microscopical Society
อ้างอิง
- ^ ลักษณะและการวิเคราะห์ของโพลีเมอ Hoboken, NJ: Wiley-Interscience 2551. ISBN 978-0-470-23300-9.
- ^ Bardell, David (พฤษภาคม 2547). “ การประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์”. ไบออส 75 (2): 78–84 ดอย : 10.1893 / 0005-3155 (2004) 75 <78: tiotm> 2.0.co; 2 . JSTOR 4608700
- ^ ประวัติของกล้องโทรทรรศน์โดยเฮนรี่ซีคิงแฮโรลด์สเปนเซอร์โจนส์สำนักพิมพ์ Courier โดเวอร์ส์พิมพ์ 2003 ได้ pp. 25-27 ไอ 0-486-43265-3 , 978-0-486-43265-6
- ^ Atti Della Fondazione Giorgio Ronchi E Contributi Dell'Istituto Nazionale Di Ottica เล่ม 30, La Fondazione 1975 พี 554
- ^ ก ข เมอร์ฟีดักลาสบี; เดวิดสัน, ไมเคิลดับเบิลยู. (2554). พื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและการถ่ายภาพอิเล็กทรอนิกส์ (2nd ed.) อ็อกซ์ฟอร์ด: Wiley-Blackwell ISBN 978-0-471-69214-0.
- ^ เซอร์นอร์แมนล็อคเยอร์ (2419) เนเจอร์เล่ม 14 .
- ^ อัลเบิร์ตแวนเฮลเดน; สเวนดูปรี; Rob van Gent (2010). ต้นกำเนิดของกล้องโทรทรรศน์ สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัม หน้า 32–36, 43. ISBN 978-90-6984-615-6.
- ^ "ใครเป็นผู้คิดค้นกล้องจุลทรรศน์" . สืบค้นเมื่อ31 มีนาคม 2560 .
- ^ Eric Jorink (2010-10-25). การอ่านหนังสือของธรรมชาติในยุคทองของดัตช์, 1575-1715 ISBN 978-90-04-18671-2.
- ^ วิลเลียมโรเซนธาล, แว่นตาและอื่น ๆ การมองเห็น:. ประวัติความเป็นมาและคู่มือการจัดเก็บภาษี, นอร์แมน Publishing, 1996, PP 391-92
- ^ เรย์มอนด์เจ Seeger ชายของฟิสิกส์: Galileo Galilei ชีวิตของเขาและผลงานของเขาเอลส์ - 2016 P 24
- ^ J.William Rosenthal, แว่นตาและเครื่องมือช่วยการมองเห็นอื่น ๆ : ประวัติและแนวทางในการรวบรวม, Norman Publishing, 1996, หน้า 391
- ^ uoregon.edu, Galileo Galilei (ตัดตอนมาจากสารานุกรม Britannica)
- ^ โกลด์สตีเฟนเจย์ (2000) "บทที่ 2: คมคมกริบโดยธรรมชาติ" นอนหินช: Penultimate สะท้อนในประวัติศาสตร์ธรรมชาติ นิวยอร์ก: ความสามัคคี ISBN 978-0-224-05044-9.
- ^ ก ข วูตตันเดวิด (2549). ยาที่ไม่ดี: แพทย์ทำอันตรายตั้งแต่ฮิปโปเครตีส Oxford [อ็อกซ์ฟอร์ดเชียร์]: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด น. 110. ISBN 978-0-19-280355-9.[ ต้องการหน้า ]
- ^ ลิซโลแกน (27 เมษายน 2559). "ต้นกล้องจุลทรรศน์เปิดเผยโลกใหม่ของสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ" Smithsonian.com . สืบค้นเมื่อ3 มิถุนายน 2559 .
- ^ Knoll, สูงสุด (2478) “ Aufladepotentiel und Sekundäremission elektronenbestrahlter Körper”. Zeitschrift ขน Technische สิค 16 : 467–475
- ^ ช่างทองซินเทียเอส; มิลเลอร์, Sara E. (2009-10-01). "การใช้งานโมเดิร์นของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสำหรับการตรวจหาไวรัส" ความคิดเห็นทางจุลชีววิทยาคลินิก . 22 (4): 552–563 ดอย : 10.1128 / cmr.00027-09 . ISSN 0893-8512 PMC 2772359 . PMID 19822888
- ^ โมริตะ, เซอิโซ (2550). Roadmap ของสแกน Probe กล้องจุลทรรศน์ เบอร์ลินไฮเดลเบิร์ก: Springer-Verlag Berlin Heidelberg ISBN 978-3-540-34315-8.
- ^ a b c d e f g h i j Lodish ฮาร์วีย์; เบิร์ก, อาร์โนลด์; Zipursky, S. Lawrence; มัตสึไดระ, พอล; บัลติมอร์เดวิด; ดาร์เนลล์เจมส์ (2000) "กล้องจุลทรรศน์และสถาปัตยกรรมของเซลล์" . อณูชีววิทยาของเซลล์. พิมพ์ครั้งที่ 4 .
- ^ a b c d e f g อัลเบิร์ตบรูซ; จอห์นสันอเล็กซานเดอร์; ลูอิส, จูเลียน; ราฟมาร์ติน; โรเบิร์ตส์, คี ธ ; วอลเตอร์ปีเตอร์ (2545) "การดูโครงสร้างของเซลล์ในกล้องจุลทรรศน์" . อณูชีววิทยาของเซลล์. พิมพ์ครั้งที่ 4 .
- ^ "รางวัลโนเบลสาขาเคมี 2014 - พื้นหลังทางวิทยาศาสตร์" (PDF) www.nobelprize.org . สืบค้นเมื่อ2018-03-20 .
- ^ "รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2014" . www.nobelprize.org . สืบค้นเมื่อ2018-03-20 .
- ^ ก ข เออร์โก, A. (2008). การพัฒนาที่ทันสมัยใน X-ray และนิวตรอนเลนส์ เบอร์ลิน: Springer ISBN 978-3-540-74561-7.
- ^ Pennycook, SJ; วาเรลา, ม.; Hetherington, CJD; เคิร์กแลนด์, AI (2011). "ความก้าวหน้าวัสดุผ่าน Aberration-แก้ไขกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน" (PDF) MRS Bulletin 31 : 36–43. ดอย : 10.1557 / mrs2006.4 .
- ^ Aspden รูเบนเอส; เจมเมล, นาธานอาร์.; มอร์ริสปีเตอร์เอ; ทาสกาแดเนียลเอส; เมอร์เทนส์, ลีน่า; แทนเนอร์ไมเคิลจี; เคิร์กวูด, โรเบิร์ตเอ; Ruggeri, อเลสซานโดร; โทซี, อัลแบร์โต้; บอยด์โรเบิร์ตดับเบิลยู; บุลเลอร์เจอรัลด์เอส; ฮัดฟิลด์, โรเบิร์ตเอช; Padgett, Miles J. (2015). "กล้องจุลทรรศน์ Photon-เบาบาง: การถ่ายภาพแสงที่มองเห็นโดยใช้ไฟส่องสว่างอินฟราเรด" (PDF) Optica . 2 (12): 1049. Bibcode : 2015Optic ... 2.1049A . ดอย : 10.1364 / OPTICA.2.001049 . ISSN 2334-2536
- ^ ก ข Bhushan, Bharat, ed. (2553). คู่มือนาโนเทคโนโลยี Springer (ฉบับที่ 3 & ฉบับขยาย) เบอร์ลิน: Springer น. 620. ISBN 978-3-642-02525-9.
- ^ ซากุไร T.; Watanabe, Y. , eds. (2543). ความก้าวหน้าในการสแกนสอบสวนกล้องจุลทรรศน์ เบอร์ลิน: Springer ISBN 978-3-642-56949-4.
- ^ "กล้องจุลทรรศน์ควอนตัมสำหรับชีววิทยาสิ่งมีชีวิต" . วิทยาศาสตร์รายวัน . 4 กุมภาพันธ์ 2556 . สืบค้นเมื่อ5 กุมภาพันธ์ 2556 .
ลิงก์ภายนอก
- ห้องปฏิบัติการกล้องจุลทรรศน์ใน: คู่มือการศึกษาวิทยาศาสตร์พฤกษศาสตร์ที่ Wikibooks
- เหตุการณ์สำคัญในแสงกล้องจุลทรรศน์ , ธรรมชาติสิ่งพิมพ์
- คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง
- Nikon MicroscopyU บทช่วยสอนจาก Nikon
- นิพจน์ระดับโมเลกุล: สำรวจโลกแห่งทัศนศาสตร์และกล้องจุลทรรศน์มหาวิทยาลัยแห่งรัฐฟลอริดา
- Basu, Paroma (1 ตุลาคม 2550). "กล้องจุลทรรศน์ที่ทำจากไม้ไผ่นำชีววิทยามาเป็นประเด็นสำคัญ" . ยาธรรมชาติ . 13 (10): 1128. ดอย : 10.1038 / nm1007-1128a . PMID 17917646
- อภิธานศัพท์เกี่ยวกับกล้องจุลทรรศน์เสียง
- Billings Microscope Collection Catalog พิพิธภัณฑ์สุขภาพและการแพทย์แห่งชาติ
- ศึกษาและอ่านที่Royal Microscopical Society
- Harris, Peter JF (1 กันยายน 2019). “ จุลทรรศน์และวรรณคดี”. พยายาม 43 (3): 100695. ดอย : 10.1016 / j.endeavour.2019.100695 . PMID 31668793