מיקרוסקופ
ערך זה עוסק במכשיר להגדלה ויזואלית. אם התכוונתם לקבוצת כוכבים, ראו מיקרוסקופ (קבוצת כוכבים).
| המרכיבים העקריים במיקרוסקופ | |
 |
|
| 1) עדשות עינית (אוקולר) | |
| 2) גלגל סובב האובייקטיב | |
| 3) עדשת העצם (עצמית) | |
| 4) מנגנון לשליטה על עומק השדה (פוקוס) | |
| 5) ייתכן ומדובר בגלגלת לשליטה גסה בפוקוס | |
| 6) משטח הדוגמית | |
| 7) מראה | |
| 8) מרכז קרני אור (קונדנסור) | |
מיקרוסקופ הוא מכשיר המשמש להגדלה ויזואלית של עצמים הקטנים מכדי להראות על ידי עין בלתי מזוינת. המדע החוקר עצמים שכאלה נקרא מיקרוסקופיה, והמונח "מיקרוסקופי" מתאר עצמים זעירים מאוד.
המיקרוסקופ הנפוץ ביותר, והראשון שהומצא, הוא המיקרוסקופ האופטי. מכשיר אופטי זה מכיל עדשה אחת או יותר, ויוצר תמונה מוגדלת של עצם המונח על משטח מול העדשות. המיקרוסקופ האופטי, המבוסס על קרני האור, מוגבל להגדלה של העצם הנבחן עד פי 1,000 מגודלו המקורי, זאת עקב אורך הגל הגדול יחסית של קרניים אלו.
קיימים מיקרוסקופים שאינם משתמשים באור להפקת תמונה, בעיקר במקרים בהם העצמים קטנים מיכולת הרזולוציה של האור, שהיא כ-0.2 מיקרון.
תוכן עניינים |
[עריכה] מיקרוסקופ אופטי פשוט
מיקרוסקופ פשוט או בשמו המדעי מיקרוסקופ אור(מירה), בניגוד למיקרוסקופ המורכב הסטנדרטי (ראו בהמשך), הוא מיקרוסקופ העושה שימוש בעדשה אחת או שתיים בלבד לצורך הגדלה. המיקרוסקופים של אנטוני ואן ליבנהוק היו מורכבים מעדשה מגדילה קטנה אחת, המונחת על משטח בעל מנגנון המחזיק את התתקין הנבדק כך שלא יזוז.
[עריכה] מיקרוסקופ אופטי מורכב
התרשים להלן מציג מיקרוסקופ מורכב. בצורתו הפשוטה ביותר, בה השתמש רוברט הוק, הייתה למיקרוסקופ זה עדשת זכוכית יחידה בעלת עומק שדה קצר עבור העצם, ועדשת זכוכית נוספת עבור העינית (אוקולר).
מיקרוסקופים מסוג זה הינם בדרך כלל מורכבים יותר, וגם בעדשת העצם ובעינית יש יותר מעדשה אחת. העדשות המורכבות הללו מתוכננות כך שיקטינו את חוסר המיקוד. במיקרוסקופים מודרניים, מוחלפת המראה במנורה, שתפעולה נוח יותר, והיא המאפשרת גם שינוי בעוצמה.
מיקרוסקופים מורכבים נכנסים לשימוש לצורך בחינת דוגמיות קטנות כיוון שיש להם עומק שדה מוגבל. לרוב, הם מסתמכים על אור העובר דרך הדוגמית מלמטה, ובדרך כלל נעשה שימוש בטכניקות מיוחדות כדי להגדיל את ניגודיות התמונה לרמות שימושיות.
[עריכה] יכולת ההפרדה האופטית
עדשה מגדילה על ידי כיפוף האור (ראו שבירה). מיקרוסקופים אופטיים מוגבלים ביכולתם להפריד פרטים על ידי תופעה שמכונה שבירה, בהתבסס על הערך המספרי של הנקב (numerical aperture (NA של המערכת האופטית ובהתבסס על אורך גל האור (L) שבו משתמשים, ישנו ערך קבוע (d) לכושר ההפרדה האופטי (רזולוצייה אופטית). בהנחה שעיוותים אופטיים הינם זניחים, ערך הרזולוצייה d נתון על ידי:
בדרך כלל, מניחים אורך גל של 550 נאנומטר (אור ירוק). בסביבה של אוויר, הערך המספרי המקסימלי של הנקב הוא 0.95, ובשמן עד ל-1.5.
בגלל השבירה, אפילו מיקרוסקופ האור הטוב ביותר מוגבל לרזולוצייה של 0.2 מיקרומטר.
[עריכה] מיקרוסקופ בינוקולרי
המיקרוסקופ הבינוקולרי תוכנן באופן שונה משני השרטוטים שלמעלה, והוא משרת מטרה שונה מעט. במיקרוסקופ זה ישנן שתי עיניות (ומכאן שמו) כדי לספק זוויות ראיה שונות מעט לכל אחת משתי העינים. בצורה זו הוא יוצר תצוגה תלת־ממדית של העצם הנבדק.
[עריכה] מיקרוסקופ ניגוד מופעים
השיטה עליה מבוסס מיקרוסקופ זה פותחה בידי פריץ זרניק בשנות ה-30 של המאה ה-20, עליה זכה בשנת 1953 בפרס נובל בפיזיקה.
השוני במקדם השבירה בין תאים חיים לסביבתם המימית הוא לרוב זניח, ועל כן לא ניתן להבחין בתאים חיים במיקרוסקופ אור רגיל על רקע סביבתם המימית. כדי להבחין בתאים יש לצבוע אותם (staining), מה שמביא למותם. שיטה אחרת מנוצלת במיקרוסקופ ניגוד מופעים. במיקרוסקופ זה מנוצלות הזזות מופע קטנות בגל האור העובר דרך התא לעומת סביבתו המימית, ומתורגמות להבדלי משרעת או ניגוד, ובכך להבחין בהם. השיטה שימושית לצפייה בתאים חיים בסביבתם, במקטעי רקמה דקים ואברונים תאיים. יתרונה הגדול של מיקרוסקופיה בשיטה זו הוא ביכולתה לעקוב אחרי תהליכים תאיים בתא החי, ובין היתר, אפשרה את חקר מחזור החיים בתא.
[עריכה] מיקרוסקופ פלורסנטי
מיקרוסקופיה פלורסנטית היא מיקרוסקופיית אור המאפשרת זיהוי מולקולות ספציפיות באמצעות חותם ספקטרלי ובכך מתגברת על בעיית הרקע הקיימת במיקרוסקופ אור רגיל. הוא עושה זאת על ידי שימוש במנורת הלוגן חזקה ( בדרך כלל מנורת כספית) כמקור אור, מנורה כזו מספקת מגוון רחב מאוד של אורכי גל (כולל UV ), כאשר המולקולה אותה נרצה לראות נצבעת מבעוד מועד בצבע פלורוסנטי. ניתן לצבוע אברונים מסוימים בתא בצבע פלורוסנטי. צבע זה משמש כגלאי, העשוי חומר פלורוסנטי. על מנת להבין את התהליך דרוש הסבר קצר על חומר פלורוסנטי. חומר פלורסנטי הוא חומר בעל מבנים טבעתיים, כשמקרינים עליו אור באורך גל מסוים נוצרת קפיצת אלקטרון ברמה, האלקטרון מיד חוזר לרמה הקודמת שלו, והוא עושה זאת תוך כדי פליטה של קרן אור. קרן האור הנפלטת מהאלקטרון תהיה בעלת אנרגיה נמוכה יותר מזו שהקפיצה את האלקטרון - כלומר אורך הגל יהיה ארוך יותר. במיקרוסקופיה פלורוסנטית מוכנס חומר פלורוסנטי שכזה אשר נקשר/נכנס רק למולקולת מסוימות (לדוגמה לאברונים בתא) כך שרק אלו יפלטו אור באורך הגל המבוקש, כך ניתן להדגיש אברונים מסוימים מתוך הרקע.
האור נכנס ממנורת הכספית למיקרוסקופ, ופוגע מיד בפילטר הראשון מתוך 2. הפילטר הראשון מאפשר רק לאורך גל מסוים לעבור. האור שעבר את הפילטר ממשיך לנוע עד לפגיעה במראה אשר מסיטה אותו אל עבר קונדנסור הדוחס את האור, הקונדנסור (שמשמש מעין מגבר) מרכז את האור אל עבר הדוגמה (הריקמה לבדיקה). החומר הפלורוסנטי בדוגמה, מקפיץ את האלקטרונים, משנה את אורך הגל לאורך גל ארוך יותר, כך שלאחר שלב זה האור יוכל לעבור את המראה (בשלב השינוי באורך הגל). האור מגיע כעת לפילטר השני שמסנן רק את אורכי הגל שבין 510 לבין 530 ננומטר, הוא עושה זאת כדי לסנן החוצה אור הנפלט בצורה טבעית מהדוגמה (לדוגמה בנטרול של רדיקלים חופשיים תאים מסוימים פולטים אור באופן טבעי).
[עריכה] מיקרוסקופ קונפוקאלי
 |
ערך מורחב – מיקרוסקופיה קונפוקלית |
הבסיס למיקרוסקופיה קונפוקלית, הוא השימוש בפילטרים מרחביים (חרירים), שמאפשרים לבטל אור שמקורו מחוץ לפוקוס, אור שמפריע להיווצרות תמונה ברורה במיקרוסקופ אור רגיל. בשנים האחרונות המיקרוסקופ הקונפוקלי נחשב למבוקש, בגלל הקלות היחסית של קבלת דמויות באיכות גבוהה מדוגמאות שהוכנו לצפייה תחת מיקרוסקופ רגיל.
בעוד במיקרוסקופיה רגילה, מיקרוסקופית שדה רחב, כל הדוגמה נשטפת באור, והתמונה יכולה להראות ישירות בעין או באמצעות מצלמה, במיקרוסקופ הקונפוקלי, מקור התאורה בקרני לייזר שסורקות את הדמות פיקסל אחר פיקסל. חלקי הדמות נקלטים על ידי גלאי, ומורכבים לדמות, שנראית על צג המחשב. אמנם, ניתן לראות בשיטה זו דוגמות שאינן צבועות, אבל עדיף להשתמש בצביעה בגלאים פלורסנטיים.
מיקרוסקופיה פלורסנטית מציעה מספר יתרונות שהן מעבר למיקרוסקופיה אופטית, ובכלל כך שליטה בעומק השדה, הירידה באיכות הדמות ככל שגדל המרחק מהפוקוס, והיכולת לצפות בדוגמה עבה באמצעות צפייה סדרתית בחלקים דקים מתוך דוגמה עבה.
[עריכה] מיקרוסקופ שדה-קרוב
כשאור בא במגע עם עצם, דוגמת העצם בו רוצים להתבונן במיקרוסקופ, נוצרות קרניים של שדה קרוב, וקרניים של שדה רחוק. אור שדה רחוק מתקדם בחלל באופן מפוזר, והוא האור שנקלט במיקרוסקופייה הרגילה. במיקרוסקופ שדה-קרוב נעשה שימוש באור שדה קרוב, שנמצא סמוך לעצם במרחק שהוא פחות מאורך גל אחד של אור. האור בשדה-קרוב נושא מידע שתדירותו גבוהה, והאמפליטודה שלו גבוהה במרחק כמה עשרות ננומטרים מהעצם. כאשר מתרחקים מהעצם כדי מאות ננומטרים, נכנסים לטווח השדה-רחוק, המידע המרחבי שתדירותו גבוהה אובד, ובמקומו מקבלים דפוסי התאבכות. באמצעות שימוש במיקרוסקופיית שדה-קרוב, ניתן ללכוד את המידע הרב שנמצא במרחקים קצרים בלבד מהדמות. לשם כך, משתמשים במחט מצוידת בעדשה זעירה בקצה, שעוברת באופן סדרתי על פני העצם, וקולטת את קרני האור שמוחזרות ממנו. התמונה שמתקבלת נוצרת באמצעות מחשב. בדרך כלל נהוג לסרוק דוגמאות שנצבעו באופן פלורסנטי, אבל ניתן לצפות גם בעצמים שאינם צבועים.
[עריכה] מיקרוסקופ שדה אפל
|
|
ערך מורחב – מיקרוסקופיית שדה אפל |
מיקרוסקופ שדה אפל הוא מיקרוסקופ בו אלומת האור פוגעת בדגם בזווית, כך שרוב האור העובר (או המוחזר) ללא פיזורים לא ייכנס אל תוך עדשת האובייקטיב והאור שנאסף אל תוך האובייקטיב הוא רק האור המפוזר מהדגם. בשיטה זאת ניתן להבחין בקלות גם בעצמים קטנים מאוד שעוצמת פיזור האור מהם נמוכה, מכיוון שהם יראו ככתם בהיר על רקע כהה.
[עריכה] מיקרוסקופ אלקטרוני
|
|
ערך מורחב – מיקרוסקופ אלקטרוני |
מיקרוסקופ אלקטרונים הוא מכשיר לצפייה מיקרוסקופית בעל עוצמה מרובה, גם להגדלות גבוהות מאוד, וגם לכושר הפרדה עצום. המיקרוסקופים מסוג זה בשימוש כיום פועלים באחת משתי שיטות: מיקרוסקופ אלקטרונים סורק, אשר עובר מעל פני השטח ונוגע בהם ומיקרוסקופ הקולט אלקטרונים העוברים דרך הדגם, וזקוק לדגמים דקים ביותר.
תולדות התפתחותו של מיקרוסקופ האלקטרונים (לפי שנים):
- 1924 - החוקר הצרפתי דה ברווי, מעלה תאוריה חדשה לגבי האלקטרונים, שהם מתנהגים כגל האור. לאחר מכן, הראה החוקר בוש, ששדות מגנטיים יכולים לשמש כעדשות.
- 1932 - קנול ורוסקה, חוקרים גרמנים, הציעו מיקרוסקופ אלקטרונים פשוט.
- 1939 - מופיע דגם מסחרי של מיקרוסקופ אלקטרונים משוכלל יותר מהקודם (100 אנגסטרם).
- 1941 - בארצות הברית נבנה מיקרוסקופ האלקטרונים הראשון בעל כושר הפרדה של 25 אנגסטרם.
כיום מצויים מיקרוסקופים אלקטרוניים איתם ניתן לראות מולקולות, ואף מולקולות DNA. מיקרוסקופ האלקטרוני תורם הרבה להבנת התא הביולוגי וכן מבנים ומערכות נוספות.
[עריכה] מיקרוסקופ מינהור סורק
|
|
ערך מורחב – מיקרוסקופ מינהור סורק |
מיקרוסקופ מינהור סורק, או ממ"ס (Scanning Tunneling Microscope, או STM) הוא מיקרוסקופ אשר בעזרתו ניתן לבחון משטחים ברמה האטומית. המיקרוסקופ פותח בשנת 1981 במעבדות של יבמ בציריך על ידי גרד ביניג והיינריך רורר, שקיבלו על המצאתם פרס נובל לפיזיקה בשנת 1986. הרזולוציה של ממ"ס יכולה להגיע ל-0.1 ננומטר במישור האופקי ול-0.01 ננומטר בציר האנכי. בניגוד למיקרוסקופ אלקטרוני השימוש בממ"ס אינו מחייב ואקום או טמפרטורות נמוכות. עם זאת, הסריקה דורשת משטח נקי מאוד וטיפ חד ומדויק.
המיקרוסקופ סורק את המשטח הנבחן בעזרת חוד סורק, והסריקה מתבססת על תופעת המינהור, תופעה קוונטית של מעבר אלקטרונים דרך מחסום פוטנציאל - במקרה של המיקרוסקופ, בין קצה החוד למשטח. זרם המנהור יהיה תלוי מחד במרחק החוד מפני השטח ומאידך בצפיפות מצבים קוונטיים פנויים על המשטח. שני הגורמים מאפשרים לבחון בעזרת המיקרוסקופ את פני המשטח, וגם להבחין בסוגים שונים של אטומים הנמצאים על המשטח, או לצפות בשינויים אנרגטיים באטומים מאותו סוג.
בנוסף לתפקידו ככלי תצפית, יכול הממ"ס לשמש להזזת אטומים בודדים. יכולת זו התפרסמה כאשר בשנת 1990 סידרו החוקרים במרכז מחקר של יבמ 35 אטומים של קסנון בצורת האותיות IBM על פני משטח של ניקל, ובכך ייצרו את שלט הפרסום הקטן בעולם, אשר גובהו היה 5 ננומטר בלבד.
[עריכה] ראו גם
[עריכה] קישורים חיצוניים
| מיזמי קרן ויקימדיה |
|---|
- גילוי אטומים בודדים וזיהוים, יוחנן מרגונינסקי, סנונית; על דרך פעולתם של מיקרוסקופים אלקטרוניים (מיקרוסקופ אלקטרונים של העברה, מיקרוסקופ מינהור סורק)
- דוידסון אונליין - מאגר מדע: מיקרוסקופ אור סרטון עם הסברים.
- מיקרוסקופ, באנציקלופדיה ynet
- מיקרוסקופיה (באנגלית)
- החברה המלכותית למיקרוסקופים
- מיקרוסקופ וירטואלי
