ميكروسكوپ ، انواع و طرز كار آن

با توجه به اين كه قدرت تفكيك (حد بينايي )چشم انسان در حدودmm  ۰/۱است ، چشم نمي تواند چيزهايي كه كوچكتر از اين هستند را ببيند. در نتيجه براي مشاهده موجودات بسيار ريز كه قطر بيشتر آنها در حدود چند ميكرون (هر ميليمتر 1000 ميكرون ) است نياز به وسيله و دستگاهي براي مشاهده موجودات زنده ريز دارد. ميكروسكوپ وسيله اي است كه مشاهده سلول ها را امكان پذير مي كند.

ميكروسكوپ انواع مختلف و با بزرگنمايي هاي متفاوت از 2 تا 3 برابر تا بيش از 1000000 برابر مورد استفاده قرار مي گيرد.انواع ميكروسكوپ شامل: ميكروسكوپ هاي نوري ، ميكروسكوپ با اشعه ماوراء بنفش ، ميكروسكوپ فلورسانس ، ميكروسكوپ زمينه سياه ، ميكروسكوپ اختلاف فاز ، ميكروسكوپ پولاريزه ، ميكروسكوپ هاي الكتروني می باشد.

ابتدا مختصری درباره انواع میکروسکوپ ها توضیح داده و سپس میکروسکوپ نوری را به طور کامل مورد بررسی قرار می دهیم.

میکروسکوپ نوری (light microscope)

الف)میکروسکوپی که در مراکز آموزشی مورد استفاده قرار می گیرد از نوع نوری است که خود دو نوع می باشد:

1 – میکروسکوپ مرکب (معمولی  Microscope ) با بزرگنمایی حدود 40 تا 1500

2 – میکروسکوپ تشریح ( برجسته بین Stereoscope )

میکروسکوپ نوری معمولی ( زمینه روشن Light field microscope و مرکب Compound microscope ) : معمولا اجسام و موجوداتی با میکروسکوپ نوری قابل مشاهده اند که ضخامت و تراکم نداشته باشند تا نور به راحتی از آنها عبور کند. زیرا اساس تشکیل تصویر در میکروسکوپ نوری عبور نور و یا انتقال نور از جسم مورد مطالعه است و به علت تفاوت در میزان جذب نور از بخش های مختلف جسم شکل و ساختمان آن را می توان در زیر میکروسکوپ تشخیص داد.

استفاده از این نوع میکروسکوپ معمول ترین روش مشاهده سلول ها است و قدرت تفکیک آن 20/0 میکرون می باشد. قدرت تفکیک را حد تفکیک(resolution) یا R نیز می گویند. هر چه حد تفکیک عدسی میکروسکوپ کوچکتر باشد قدرت میکروسکوپ در دیدن اجزای سلول بیشتر خواهد بود.عوامل بسیاری از جمله طول موج تابشی در تعیین R دخالت دارند.این  قدرت تفکیک نشان می دهد که این نوع میکروسکوپ می تواند اجسامی که حداقل 20/0 میکرون بزرگی دارند را نمایش دهد. و می توان از آن برای مشاهده سلولها و تعیین محل برخی اندامک های درشت سلول مانند هسته استفاده نمود. به این ترتیب میکروسکوپی که دارای بزرگنمایی 400 باشد برای استفاده در مدارس کافی می باشد.

میکروسکوپ فلورسانت (fluorescent microscope)

انواع خاصی از میکروسکوپ نوری که منبع نور آن پرتوهای فرابنفش است.برای مشاهده نمونه زیر این میکروسکوپ ها بخش ها یا ملکول های ویژه داخل سلول با مواد فلورسانت یا نورافشان رنگ آمیزی می شوند. زمانی هدف تشخیص پروتئین های خاص یا جایگاه آنها در سلول باشد، روش های معمولی رنگ آمیزیکه پروتئین ها را به طور عام رنگ می کنند قابل استفاده نیست.برای رنگ آمیزی اختصاصی، معمولا از پادتن های اختصاصی متصل به مواد فلورسانت استفاده می شود.مواد فلورسانت نور را در طول موج فرابنفش جذب می کنند و در طول موج بلندتری در طیف مرئی تابش می کنند. تصویری که دیده می شود حاصل نور تابش شده از نمونه است. رودامین و فلورسئین دو نوع از رنگ های معمول فلورسانت هستند که به ترتیب نور قرمز و سبز از خود تابش می کنند.

میکروسکوپ اختلاف فاز (phase contrast microscope)

مزیت میکروسکوپ اختلاف فاز  در این است که می توانیم با آن سلول های زنده را با جزئیات بیشتر مشاهده کنیم.تیمارهایی مثل تثبیت نمونه می توانند دگرگونی هایی در ساختار درونی سلول بوجود آورند. بنابراین مطاله سلوله های زنده که هیچ تیماری ندیده اند خیلی مطلوب است. می توان فرایند هایی مثل تقسیم میتوز(mitosis) در سلول های زنده را نیز با این میکروسکوپ ها مطالعه کرد. در برخی موارد برای عکس برداری پیوسته و دراز مدت از سلول فعال ، دوربینی به میکروسکوپ وصل می شود.مطالعه سلولهای زنده با میکروسکوپ تداخلی(interference microscope) و میکروسکوپ زمینه سیاه(dark field microscope) نیز مقدور است. سیسم های نوری خاصی در تمام این نوع میکروسکوپ ها وجود دارد که به علت ویژگی آنها تباین کافی بین اجزای سلول ایجاد و مشاهده ی سلول های زنده مقدور می شود. استفاده از میکروسکوپ زمینه سیاه برای مشاهده ی حرکت باکتری معمول است، که در این مورد ایجاد تباین بین سلول باکتری زنده و محیط اطرافش مهم است.

میکروسکوپ الکترونی (electron microscope)

قدرت جداسازی میکروسکوپ الکترونی از میکروسکوپ نوری بهتر استبه این معنی که با میکروسکوپ الکترونی اجزای کوچکتری را می توان دید. قبلا گفته شد حد تفکیک (R) به طول موج نوری بستگی دارد که به نمونه می تابد. در حقیقت بین این دو رابطه مستقیمی وجود دارد یعنی هر چقدر طول موج تابشی کوچکتر باشد ،R نیز کوچکتر و قدرت جداسازی بیشتر است. در میکروسکوپ الکترونی بجای استفاده از نور مرئی از امواج الکترون ها استفاده می شود. در شرایط مناسب طول موج الکترون ها به nm ۰/۰۰۵ می رسد. در این طول موج بهترین R ممکن حدود nm ۰/۰۰۲ است. در عمل به علت محدودیت های دیگر ، قدرت جداسازی میکروسکوپ های الکترونی هیچ وقت به این خوبی نیست.حد تفکیک با میکروسکوپ الکترونی برای ملکول های تخلیص شده ی زیستی ، حدودنانومتر  ۰/۱ و برای سلول ها نانومتر۲ است که دست کم 100 برابر بهتر از بهترین میکروسکوپ های نوری است.

دو نوع میکروسکوپ الکترونی به نام میکروسکوپ الکترونی گذاره و میکروسکوپ الکترونی نگاره وجود دارد. میکروسکوپ الکترونی گذاره (transmission electron microscope) زودتر اختراع شد و قدرت جداسازی بهتری دارد. در این نوع میکروسکوپ ، الکترون ها هنگام برخورد به نمونه از برخی مناطق آن عبور می کنند و از منطقی دیگر بازتابیده می شوند. عامل تعیین کننده در این امر در نهایت ویژگی اتم های تشکیل دهنده ی مناطق مختلف سلول است. الکترون های عبوری در دستگاه تشخیص داده می شوند و تصویری از نمونه حاصل می شود. سلول های زده با میکروسکوپ الکترونی قابل مشاهده نیست.

میکروسکوپ الکترونی نگاره (scanning electron microscope) نوع ساده تر میکروسکوپ الکترونی است برای بررسی نمونه با این میکروسکوپ ، نمونه با لایه ای نازک از فلز سنگین به صورت یکنواخت پوشیده شود. الکترون های تابیده شده به سطح نمونه از هیچ ناحیه ای از آن عبور نمی کنند، بلکه در برخورد با سطح نمونه باعث تولید الکترون های بازتابیده می شوند. این الکترون ها تشخیص داده شده و تصویری سه بعدی از سطح نمونه حاصل می گردد. قدرت جداسازی میکروسکوپ الکترونی نگاره حدود nm10 است.

میکروسکوپ STM و میکروسکوپ پرتو X

STM حروف اول Scanning Tunneling Microscope است این نوع میکروسکوپ در دهه 1970 اختراع شد و مخترعان آن در سال 1981 جایزه نوبل را دریافت کردند.همانطور که گفته شد طول موج محدودیتی برای میزان R تعیین می کند. نوآوری STM  در این است که در آن امواج نوری یا امواج نوع دیگر به کار گرفته نمی شودو هیچ نوع عدسی در آن وجود ندارد.بیان دقیق نحوه کار این میکروسکوپ خارج از توان این مطلب است ولی به طور خلاصه سوندی که نوک آن به اندازه یک اتم است، ویژگی های نمونه را در ابعاد اتمی روبش می کند. STM  ساختار سطحی نمونه را بررسی می کند.اما میکروسکوپ مشابه دیگر ویژگی های الکتریکی ، مغناطیسی و یا دمای نمونه را تعیین می کنند. در حال حاضر این میکروسکوپ ها برای نمونه های زیستی و بیشتر برای نمونه های غیر زیستی مورد استفاده قرار می گیرند.

میکروسکوپ پرتو X نوع دیگری از میکروسکوپ های نوین است که کاربرد بیشتری برای نمونه های زیستی دارد. قدرت جداسازی آن چند صد آنگسترم و ضعیفتر از میکروسکوپ الکترونی است ، اما سلول های زنده با آن قابل بررسی هستند.

این مطلب ادامه دارد