Микроскопия
advertisement
Микроскопия Современное понимание микроскопии уже давно вышло за рамки классического представления об оптических приборах, позволяющих более детально рассмотреть объект. Архаичный школьный учебник биологии создаёт определённые мифы, связанные с микроспопией • В самом конце XVI и в начале XVII века были изобретены микроскопы. Микроскоп, как и многие изобретения, появился не в один момент. Несколько разных людей сконструировали примерно одно и то же. Наиболее старый известный рисунок микроскопа. 1625 г. Возможно изобретателей двое (точнее трое) • Потомственные оптики Захарий и Ханс Янсены (1590 г.) смонтировали две выпуклые линзы внутри одной трубки, т. е. фактически создав первый двухлинзовый микроскоп и заложив основы для создания сложных микроскопов. • Микроскоп Янсена увеличивал от 3 до 10 раз. Другой претендент на создание двухлинзового микроскопа – Галилео Галилей • В 1609 г. Галилей представил свой микроскоп публике. Микроскоп содержал выпуклую и вогнутую линзы. Изображение трёх пчел было частью печати и герба Папы Урбана VIII и считается первым опубликованным микроскопическим образом Первооткрыватель закона всемироного тяготения открыл более 300 лет назад клетку, в частности, яйцеклетку и сперматозоид В. И. Арнольд в книге «Гюйгенс и Барроу, Ньютон и Гук» аргументирует, в том числе документально, утверждение, что именно Гуком был открыт закон всемирного тяготения и даже вполне корректно обоснован им для случая круговых орбит, Ньютон же доделал это обоснование для случая эллиптических орбит (по инициативе Гука: последний сообщил ему свои результаты и попросил заняться этой задачей). Приводимые там цитаты Ньютона, оспаривающего приоритет Гука, говорят лишь о том, что Ньютон придавал своей части доказательства несоизмеримо большую значимость (в силу её трудности и т. д.), но отнюдь не отрицает принадлежность Гуку формулировки закона. Роберт Гук • В 1665 году сконструировал собственный микроскоп и опробовал его на пробке. В результате этого исследования появилось название «клетки» Микроскоп Гука Микроскоп Гука (около 1670 г.) На срезе пробки Гук увидел то, что ему напомнило кельи монастыря – клетку. Однако более популярен сейчас другой человек • Не склонный к учёбе галантерейщик и самоучка. • С точки зрения науки ХIVIII века Антони Ван Левенгук оставался невеждой – он не знал латыни. • Но именно невежество избавляло голландца от научного вздора того времени и заставляло верить только в то, что видишь. Антони ван Левенгук (1632-1723) – популяризатор микроскопа, но не изобретатель • Фактически – просто одна линза, но с увеличением, достаточным для проведения простых научных наблюдений. • Одна линза, однако, позволяла очень детально рассматривать изображения лишь из-за того, что не перенимала недостатков составного микроскопа (несколько линз такого микроскопа удваивали дефекты изображения). • Понадобилось около 150 лет развития оптики, чтобы составной микроскоп смог давать такое же качество изображения, как простые микроскопы Левенгука. Однолинзовый микроскоп Левенгука Устройство «микроскопа» Левенгука 1 - линза; 2 – булавка, к которой прикрепляется объект; 3 и 4 – фокусирующие винты. Почему лупа Левенгука не стала инструментом для серийного производства? • До сих пор непонятно, как изготавливалась линза – путём обтачивания и шлифовки или путём отливки. • Короткофокусная лупа крайне неудобна для наблюдателя с нормальным зрением (Левенгук был близоруким), поскольку её приходилось подносить вплотную к глазу. Линзы, подобные тем, что делал Левенгук, удалось получить только во второй половине ХХ века!!! • Лизы были особенные, а по размерам крошечные. • Аналогичные линзы можно получить плавлением стекловолокна, но Левенгук их вытачивал. "С величайшим изумлением я увидел в капле великое множество зверюшек, оживленно двигающихся во всех направлениях, как щука в воде. Самое мелкое из этих крошечных животных в тысячу раз меньше глаза взрослой вши." А. Левенгук До самой смерти снабжал Лондонское королевское общество рисунками Никому не продавал свои миркоскопы • К нему приходили и английская королева, и русский царь ПетрI • В 1693 г. во время пребывания Петра I в Дельфе А.Левенгук продемонстрировал ему, как движется кровь в плавнике рыбы. • Эти демонстрации произвели на Петра I такое большое впечатление , что вернувшись в Россию, он создал мастерскую оптических приборов. • Был открыт целый новый мир микроорганизмов — инфузорий, жгутиковых и прочих. • Были увидены половые клетки у растений и у животных. Paramecium Amoeba В 1725 году организована Петербургская академия наук. Талантливые мастера И.Е. Беляев, И.Кулибин изготавливали микроскопы, в конструировании которых принимали участие академики Л.Эйлер, Ф. Эпинус. Счастливое обстоятельство • В XVIII веке микроскопирование стало модой. • Не было ни одной уважающей себя светской дамы, которая в своем салоне на журфиксах не забавляла бы дорогих гостей с помощью микроскопирования. Следовать моде бывает полезно… Данная мода привела к тому, что в XVIII веке стал очень быстро накапливаться микроскопический материал, в частности материал по индивидуальному развитию, по тому, что мы сегодня называем эмбриологией. К.Ф. Вольф – основатель эмбриологии В XVIII веке появился первый классик- эмбриолог Вольф, проделавший настолько хорошие работы на куриных эмбрионах, рыбах и млекопитающих, что и сегодня эмбриологам для наведения кое-каких фактических справок небесполезно заглядывать в его труды. (1733–1794) • Лучшие лупы Левенгука увеличивали в 270 раз. С ними он увидел впервые кровеносные тельца, движение крови в капиллярных сосудах хвоста головастика, полосатость мускулов. Он открыл инфузории. • Он впервые погрузился в мир микроскопических одноклеточных водорослей, где лежит граница между животным и растением. Он видел даже бактерии и в великом разнообразии. Не следует путать увеличение микроскопа и его разрешающую способность. • Увеличение определяет, во сколько раз изображение, построенное оптической системой микроскопа, больше самого объекта • Разрешающая способность определяет то минимальное расстояние, на котором независимые источники света будут различимы. Барьер Аббе • Дифракционный предел, открытый в 1873 году знаменитым немецким физиком Эрнстом Аббе. Согласно закону Аббе оптическое разрешение микроскопа теоретически не может быть меньше определенной величины, равной приблизительно 150 нанометров. • Предел разрешающей способности световой микроскопии был достигнут конструкторами микроскопов еще в конце XIX века. • В современных световых микроскопах, производимых серийно, максимальная разрешающая способность не реализуется. Светотовой микроскоп Клетка слизистой щеки человека Нервные клетки Можно ли в световой микроскоп увидеть структуры, с размером ниже его разрешающей способности? Подсказка: мы же видим звёзды с неразличимым угловым размером А флюоресцентная метка тоже светится – важно лишь суметь ёё «умно» связать со структурой клетки С развитием технологии получения иммунофлюоресцентных меток in situ произошёл ренессанс световой микроскопии. Стало возможным увидеть тончайшие структуры клети, ранее недоступные даже с помощью электронной микроскопии. Возникновение предела разрешения • Свет от точечного источника (размеры которого значительно меньше длины световой волны), проходя через оптическую систему, формирует не точку, а светлый кружок с темными и светлыми кольцами. Из вопроса ЕГЭ (часть А) • В какой оптический прибор можно увидеть внутреннее строение хлоропластов? • световой микроскоп • электронный микроскоп На самом деле в световой тоже можно увидеть. • Конфокальная микроскопия позволяет значительно увеличить контрастность объекта по сравнению с обычным. • Теоретически разрешающая способность конфокального микроскопа всего в 1.4 раза лучше обычного. Закон Аббе нельзя нарушить, но его можно обойти. В последнее время разработаны микроскопические системы, которые при помощи различных ухищрений позволяют преодолеть дифракционный барьер и «увидеть» объекты, размеры которых значительно меньше предела разрешения обычного микроскопа. • Глаз человека способен различать детали объекта, отстоящие друг от друга не менее чем на 0,08 мм. • Раньше считалось, что с помощью светового микроскопа нельзя видеть детали, расстояние между которыми составляет меньше 0,2 мкм. При этом подчёркивалось, что у эелектронного микроскопа разрешающая способность на три порядка выше – 0,2 нм. Наноскоп • В 2006 году был разработан оптический микроскоп под названием Наноскоп, позволяющий преодолевать барьер Аббе и наблюдать объекты размером около 10 нм (а на 2010 год и ещё меньше), оставаясь в диапазоне видимого излучения, получая при этом высококачественные трёхмерные изображения объектов. Отрицательный коэффициент преломления Отрицательный коэффициент преломления • Отрицательный коэффициент преломления означает, что преломленный луч в среде с отрицательным коэффициентом находится с той же стороны. • Плоский брусок такого материала может выполнять роль суперлинзы, позволяющей различить детали по размерам меньшие полудлины волны. Миф об электронных микроскопах • В школьных учебниках нередко электронные микроскопы описываются только как просвечивающие, дающие возможность наблюдать только неживые объекты. • В настоящее время около 9/10 всех электронных микроскопов являются т.н. сканирующими, которые не являются просвечивающими и часто позволяют наблюдать живые объекты. Просвечивающий (трансмиссионный) электронный микроскоп Что видно в трансмиссионном электронном микроскопе Растительная клетка Митохондрия Можно ли в просвечивающем электронном микроскопе получить объёмное изображение? Метод замораживанияскалывания • Клетки замораживают при температуре жидкого азота (-196 С) и образовавшийся кубик льда подвергают скалыванию. • Плоскость скола обычно проходит через гидрофобную сердцевину бислоя любой биологической мембраны, разделяя его на два монослоя. • Открывающиеся при этом поверхности сколов затем оттеняют платиной и углеродом, органическое вещество удаляют и полученную в результате платиновую реплику рассматривают в электронный микроскоп. • Фокус состоит в том, что напыление производится под углом к поверхности образца. Это очень важный момент. Появляется эффект тени, изображение выглядит объемным. • В трансмиссионном микроскопе электронный луч способен проникнуть только через очень тонкие срезы. Обычная толщина оттененных образцов чрезмерно велика, поэтому органическую материю, подстилающую слой металла, необходимо растворить. В результате остается тонкая металлическая реплика (или отпечаток) с поверхности образца. Реплику и используют в трансмиссионном микроскопе. Сканирующий электронный микроскоп Красные и белые кровяные клетки • Сканирующий электронный Световой микроскоп Что видно в сканирующем электронном микроскопе: 2 вида информации – отражённый и переизлученный свет. А спектр даёт информацию об элементном составе. Сперматозоид человека Голова насекомого И в заключение…. ПОПРОБУЙТЕ УГАДАТЬ, ЧТО ЭТО Ответы см. на http://qrok.net/50005-cvetnoj-mikrokosmos.html Спасибо за внимание
