Что такое микроскопия кратко

Обновлено: 06.07.2024

Лабораторные анализы хоть один раз в жизни сдавал каждый человек, хотя, без сомнения, данные исследования проводятся гораздо чаще. Они входят в группу обязательных профилактических исследований и помогают выявить патологию, когда отсутствуют какие-либо симптомы.

Сложно переоценить важность лабораторной диагностики, ведь она предоставляет врачу до 80% важной диагностической информации. Она помогает подтвердить или опровергнуть диагноз, проследить динамику и эффективность лечения, выявить возбудителя заболевания и определить патологические процессы, происходящие в организме человека.

Лабораторная диагностика биологических материалов в медицине проводится с помощью специализированного оборудования, одним из которых является оптический прибор микроскоп. Различные исследования в медицине под многократным увеличением, которые проводятся с помощью микроскопа, называются микроскопия.

История появления микроскопа

Когда появился первый микроскоп доподлинно неизвестно, но попытки рассмотреть мелкие предметы с помощью увеличительного стекла (двояковыпуклой оптической линзы) предпринимались еще в Древнем Риме.

Первый прибор отдаленно похожий на микроскоп создали голландский оптик Ганс Янсен со своим сыном. Они первыми обнаружили, что при использовании двух линз можно получить многократно увеличенное изображение. Их аппарат напоминал скорее подзорную трубу, но в отличие от последней, не приближал предметы, а увеличивал их.

Первый микроскоп, похожий на современные аналоги, представлял собой металлическую пластину в центре которой располагалась линза. Его создал нидерландский натуралист Антони ван Ливенгук, с его помощью ему удалось сделать важные открытия в строении и функционировании человеческого организма. Он рассмотрел состав крови, структуру тканей, а также увидел бактерии. С помощь микроскопа Левенгука можно было получить увеличение до 270 раз.

К разработке микроскопа внесли свой вклад и русские ученые – Петр Кулибин и Михайло Ломоносов. Последний использовал микроскоп для своих исследований.

Виды микроскопических исследований

С помощью микроскопа можно исследовать различные клетки человеческого организма. Для исследования берутся различные биологические материалы – кровь, моча, сперма, мазки, отделяемое слизистых и т.д.

В медицине сегодня проводятся несколько видов микроскопических исследований – стереоскопическая, инфракрасная, люминесцентная, ультрафиолетовая, рентгеновская, поляризационная микроскопии.

Микроскопия

Анализ крови позволяет определить количественный и качественный состав крови, соотношение ее форменных элементов, выявить атипичные или незрелые клетки. Микроскопический анализ мочи позволяет определить наличие солей, клеточных элементов и цилиндров, исследование позволяет выявить имеющиеся проблемы в водно-электролитном балансе организма, также в нарушения процессов обмена веществ.

Несмотря на то, что сегодня широко используются специальные электронные аппараты для проведения лабораторных исследований – анализаторы, визуальный осмотр биологических материалов для выявления атипичных или незрелых клеток по-прежнему выполняется медицинским персоналом с помощью микроскопов.

Микроскопия (МКС) (греч. μΙκροσ — мелкий, маленький и σκοποσ — вижу) — изучение объектов с использованием микроскопа. Подразделяется на несколько видов: оптическая микроскопия, электронная микроскопия, многофотонная микроскопия, рентгеновская микроскопия или рентгеновская лазерная микроскопия, отличающиеся использованием электромагнитных лучей с возможностью рассмотрения и получения изображений микроэлементов вещества в зависимости от разрешающей способности приборов (микроскопов).

Содержание

История

Первоначально микроскопы были только оптическими приборами, использующими лучи видимого света, так как и глаз работает в оптическом диапазоне длин волн. Соответственно, оптические микроскопы не могли иметь разрешения менее полупериода волны опорного излучения (для видимого диапазона длина волн 0,4—0,7 мкм, или 400—700 нм) c возможным максимальным увеличением в 2000 раз. [1]

Идея просвечивающего электронного микроскопа состояла в замене опорного электромагнитного излучения на электронный пучок. Известно, что для увеличения разрешения микроскопов, использующих электромагнитное излучение, необходимо уменьшение длины волны электромагнитного излучения до ультрафиолетового диапазон вплоть до рентгеновского (длина волны сопоставима с межатомными расстояниями в веществе) и основная трудность состоит в фокусировке ультрафиолетовых и, тем более, рентгеновских лучей.

Особенность взаимодействия рентгеновских лучей с веществом отличает рентгеновские оптические системы от оптических систем для световых и электронных лучей. (Малое отклонение показателя преломления рентгеновских лучей от единицы (меньше чем на 10 −4 ) практически не позволяет использовать для их фокусировки линзы и призмы. Электрические и магнитные линзы для этой цели также неприменимы, так как рентгеновские лучи инертны к электрическому и магнитному полям. Поэтому в микроскопии рентгеновской для фокусировки рентгеновских лучей используют явление их полного внешнего отражения изогнутыми зеркальными плоскостями или отражение от кристаллографических изогнутых плоскостей) [2] . На этом принципе построены отражательные рентгеновские микроскопы.

Разрешающая способность

Получение изображений микрочастиц осуществляется путём использования соответствующих оптических систем — микроскопов.

Степень проникновения в микромир, его изучения зависит от возможности рассмотреть величину микроэлемента, от разрешающей способности прибора.

Если уже достигнут предел величины объекта, выше которого его границы сливаются из-за дифракции лучей, и на изображении границы нельзя различить, дальнейшее увеличение изображения исследуемой частицы теряет смысл.

В оптической микроскопии в настоящее время сделан прорыв, в результате которого преодолен фундаментальный рэлеевский критерий, заключающийся в том, что минимальный размер различимого объекта несколько меньше длины волны используемого света и принципиально ограничен дифракцией излучения. Это был предел возможному в оптической микроскопии. До недавнего времени нельзя было преодолеть баръер, позволяющий различать структуры с расстоянием между элементами до 0,20 мкм.

Тем не менее выдающаяся последняя разработка оптической системы наноскопа с оптическим разрешением 10 нм расширило диапазон оптической микроскопии — наноскопии до десятков нанометров, что по сравнению с 0,20 мкм в 20 раз сократило расстояние между различаемыми элементами. (Например, размер белковых молекул, из которых состоит наш организм, колеблется от 3 до 10 нм) [3] .

Гораздо более высокое разрешение имеют электронные микроскопы. В 2011 году лучшее разрешение для Растрового электронного микроскопа было 0,4 нм, и лучшее разрешение Просвечивающего электронного микроскопа было 0,05 нм.

Виды микроскопии

  • Сканирующая туннельная микроскопия
  • Атомно-силовая микроскопия
  • Магнитно-силовая микроскопия
  • Электро-силовая микроскопия

Оптическая микроскопия



Человеческий глаз представляет собой естественную оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, т. е. наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта (воспринимаемыми как точки или линии), при котором они ещё могут быть отличены один от другого. Для нормального глаза при удалении от объекта на т. н. расстояние наилучшего видения (D = 250 мм), среднестатистическое нормальное разрешения составляет 0,176 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т. п. значительно меньше этой величины. Для наблюдения и изучения подобных объектов и предназначены оптические микроскопы различных типов.

Немецкие ученые Штефан Хелль (англ. Stefan Hell ) и Мариано Босси (англ. Mariano Bossi ) из Института биофизической химии в 2006 году разработали наноскоп, позволяющий наблюдать объекты размером около 15 нм [4] .

Электронная микроскопия



В электронной микроскопии для построения изображения вместо световых лучей используется пучок электронов. Это позволяет увеличить разрешающую способность электронного микроскопа по сравнению со световым в сотни раз.

Первый работоспособный прототип электронного микроскопа был построен в 1932 году Э. Руска и М. Кнолль; в 1986 году за эту разработку Руски, вместе с другими разработчиками электронных микроскопов, была присуждена Нобелевская премия по физике. Серийное производство электронных микроскопов было начато в конце 30-х годов.

Рентгеновская микроскопия

Разрешающая способность методов рентгеновской микроскопии практически достигает 100 нм, что в 2 раза выше, чем у оптических микроскопов (200 нм). Теоретически рентгеновская микроскопия позволяет достичь на 2 порядка лучшего разрешения, чем оптическая (поскольку длина волны рентгеновского излучения меньше на 2 порядка). Однако современный оптический микроскоп — наноскоп имеет разрешение до 3—10 нм.

Проекционные рентгеновские микроскопы

Лазерная рентгеновская микроскопия

Сканирующая зондовая микроскопия

Сканирующий зондовый микроскоп — микроскоп для получения изображения поверхности и её локальных характеристик. Процесс построения изображения основан на сканировании поверхности зондом. В общем случае позволяет получить трехмерное изображение поверхности (топографию) с высоким разрешением.

Организации

См. также

Примечания

Литература

  • Суворов А. Л. Микроскопия в науке и технике / Отв. ред. д-р физ.-мат. наук В. Н. Рожанский; Академия наук СССР. — М .: Наука, 1981. — 136, [1] с. — (Наука и технический прогресс). — 36 000 экз. (обл.)
  • Василевский А. М., Кропоткин М. А., Тихонов В. В. Оптическая электроника. — Ленинград: Энергоатомиздат, 1990. глава 3.
  • Методы исследования
  • Лабораторная техника
  • Рентгеновская оптика
  • Оптические системы
  • Микроскопия
  • Методы биологических исследований

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Микроскопия" в других словарях:

микроскопия — микроскопия … Орфографический словарь-справочник

МИКРОСКОПИЯ — (этим. см. микроскоп). Применение увеличительных стекол и учение о том. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. МИКРОСКОПИЯ этимологию см. микроскоп. Применение увеличительных стекол и учение о том.… … Словарь иностранных слов русского языка

микроскопия — и, ж. microscopie f., нем. Mikroskopie <гр. Практическая дисциплина об устройстве и употреблении микроскопа; изучение чего л. с помощью микроскопа. БАС 1. И в эти минуты он не мог не вспомнить доктора Швецова, писавшего ему из Германии, что… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

МИКРОСКОПИЯ — общее название методов наблюдения в микроскоп неразличимых человеческим глазом объектов. Подробнее см. в ст. (см. МИКРОСКОП). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 … Физическая энциклопедия

МИКРОСКОПИЯ — оптическая совокупность методов наблюдения микрообъектов с помощью различных оптических микроскопов. Эти методы существенно зависят от типа объектива микроскопа, вспомогательных приспособлений к нему, вида микрообъекта и способа подготовки его… … Большой Энциклопедический словарь

МИКРОСКОПИЯ — МИКРОСКОПИЯ, микроскопии, мн. нет, жен. (спец.). Практическая дисциплина об устройстве и употреблении микроскопа. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

микроскопия — совокупность методов изучения малых объектов с помощью микроскопов. К традиционным видам М. относятся–люминесцентная М. – основана на явлении фотолюминесценции, возникающей при окраске препаратов специальными люминесцентными красителями;… … Словарь микробиологии

микроскопия — сущ., кол во синонимов: 2 • макромикроскопия (1) • ультрамикроскопия (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов


Микроскопия (лат. μΙκροσ — мелкий, маленький и др.-греч. μΙκροσ σκοποσ — вижу) — способ изучения малых объектов с помощью микроскопа. Микроскопия позволяет получить изображения тонкой структуры объектов (качество зависит от разрешающей способности микроскопа).

Микроскопия как метод исследования в отличие от других методик постоянно развивается в зависимости от технических достижениий в области атомно-силового микроскопа в нанотехнологии даёт возможность глубже проникнуть в микромир, управлять атомами и молекулами, что в свою очередь порождает новые методы и технологии дальнейших исследований, ведёт к созданию новых материалов, устройств и т.д.

Содержание

История

Первый микроскоп был создан лишь в 1595 году Захариусом Йансеном. [1] Современные микроскопы отличаются высокой степенью специализации. Существуют металлографические, биологические, полярографические, а также универсальные микроскопы, общего назначения.

Виды микроскопии



Микрофотография бактерий -

Микроскопия в зависимости от микроскопов разделяется как:

  • Оптическая микроскопия
    • Наноскопия
    • Сканирующая туннельная микроскопия
    • Ближнепольная оптическая микроскопия

    Виды микроскопов

    Для исследования объектов разного типа, и в зависимости от требуемой величины оптического разрешения и других требований, созданы разные микроскопы:

    • Микроскопы универсального назначения
      • Монокулярные микроскопы
      • Флюоресцентный наноскоп и Флюоресцентный рентгеновский наноскоп
      • Электронные микроскопы
        • Рентгеновские микроскопы отражательные
        • Рентгеновские микроскопы проекционные
        • Рентгеновские микроскопы флюоресцентные с применением планарных преломляющих, фокусирующх Х-лучи линз.

        Разрешающая способность

        Оптическая микроскопия


        Человеческий глаз представляет собой естественную оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, т. е. наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта (воспринимаемыми как точки или линии), при котором они ещё могут быть отличены один от другого. Для нормального глаза при удалении от объекта на т. н. расстояние наилучшего видения (D = 250 мм), среднестатистическое нормальное разрешения составляет 0,176 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т. п. значительно меньше этой величины. Для наблюдения и изучения подобных объектов и предназначены оптичские микроскопы различных типов.

        Немецкие ученые Штефан Хелль в 2006 году Stefan Hell и Мариано Босси Флюоресцентный наноскоп с разрешением в 1-10 нм и получать высококачественные трехмерные 3D изображения. Вся суть заклюсается в том, что здесь впервые применён принцип комбинированой микроскопии, когда опорное освещение по принципу лазерной рентгеноскопии позволяет получить оптическое изображение с выходными длинами волн оптического микроскопа, но обеспечивать разрешение микроскопии в диапазоне 1-10 нм.

        Электронная микроскопия


        С изобретением электронного микроскопа — 1930-е годы — начало создания современной науки об исследовании и изучении микромира под названием Рентгеновская микроскопия

        История рентгеновской микроскопии

        До создания рентгеновских микроскопов работали с оптическими приборами, использующих лучи видимого света, так как и глаз работает в оптическом диапазоне длин волн. Соответственно, оптические микроскопы не могли иметь разрешения менее полупериода волны опорного излучения (для видимого диапазона длина волн 0,4—0,7 мкм, или 400—700 нм) c возможным максимальным увеличением в 2000 раз. [3]

        Идея просвечивающего электронного микроскопа состояла в замене опорного электромагнитного излучения на электронный пучок. Известно, что для увеличения разрешения микроскопов, использующих Электромагнитное излучение, необходимо уменьшение длины волны электромагнитного излучения до ультрафиолетового диапазон вплоть до рентгеновского (длина волны сопоставима с межатомными расстояниями в веществе) и основная трудность состоит в фокусировке ультрафиолетовых и, тем более, рентгеновских лучей. Последние вообще не поддаются фокусировке.

        Особенность взаимодействия рентгеновских лучей с веществом отличает рентгеновские оптические системы от световых и электронных лучей. (Малое отклонение коэффициента преломления рентгеновских лучей от единицы (меньше чем на 10 -4 ) практически не позволяет использовать для их фокусировки линзы и призмы. Электрические и магнитные линзы для этой цели также неприменимы, так как рентгеновские лучи инертны к электрическому и магнитному полям. Поэтому в микроскопии рентгеновской для фокусировки рентгеновских лучей используют явление их полного внешнего отражения изогнутыми зеркальными плоскостями или отражение от кристаллографических изогнутых плоскостей) [4] . На этом принципе построены отражательные рентгеновские микроскопы.

        Возможности рентгеновской микроскопии


        Голова мухи (фото сделано с помощью электронного микроскопа )

        нм, что в 2 раза выше, чем у оптических микроскопов (200нм). Теоретически рентгеновская микроскопия позволяет достичь на 2 порядка лучшего разрешения, чем оптическая (поскольку длина волны рентгеновского излучения меньше на 2 порядка). Однако современный оптический микроскоп - наноскоп имеет разрешение до 3-10 нм.

        Проекционные рентгеновские микроскопы


        Схема Рентгеновского микроскопа проекционного

        Проекционные рентгеновские микроскопы представляют собой камеру, в противоположных концах которой располагаются источник излучения и регистрирующее устройство. Для получения чёткого изображения необходимо, чтобы угловая зонные пластинки Френеля для фокусировки изображения. Такие микроскопы имеют разрешающую способность до 30 нанометров.

        Новое направление в рентгеноскопии

        Рентгеновская оптика преломления


        Планарные параболические линзы

        Получение изображений в реальном и фурье-пространствах


        Рис.1,Применение планарных линз на примере прохождения Х-лучей в кристаллах


        Рис.2,Cхема флюоресцентного наноскопа с использованием Х-линзы, преломляющей Х-лучи


        Обзор

        Авторы
        Редакторы

        Один из старейших научных приборов — микроскоп — появился практически одновременно с наукой в ее современном виде. Этот канонический инструмент биолога более 400 лет был важнейшим средством для познания живого, и дал львиную долю наших знаний об устройстве жизни. Все это время эволюция микроскопа продолжалась, расширяя возможности увидеть неразличимое глазом.


        12 биологических методов в картинках

        И вот мы решили рассказать о лабораторных методах более системно, собрать воедино в одной рубрике самые главные, самые современные биологические методики. Чтоб было интереснее и нагляднее, мы густо проиллюстрировали статьи и даже кое-где добавили анимации. Мы хотим, чтобы статьи новой рубрики были интересны и понятны даже случайному прохожему. И с другой стороны — чтобы они были так подробны, что даже профессионал мог бы обнаружить в них что-то новое. Мы собрали методики в 12 больших групп и собираемся сделать на их основе биометодический календарь. Ждите обновлений!

        История микроскопии


        На пороге микромира

        Собирающие (увеличивающие) линзы были известны с XI века, и очки распространились по Европе уже в XIV веке. Традиционно изобретение первого составного микроскопа приписывают отцу и сыну — Хансу и Захарию Янсенам в 1595 году (рис. 1). Этот первый микроскоп мог увеличивать изображение всего в 3–9 раз. Есть версия, что первый микроскоп создал Корнелиус Дреббель. Среди изобретателей первых микроскопов был и Галилей, создавший свой микроскоп в 1609 году. Так или иначе, ни один из изобретателей не оставил подробных описаний микромира. Микроскопия как наука началась с Роберта Гука, который в 1665 году издал Micrographia — книгу, в которой подробно описывались устройство микроскопа, основы оптики и первые наблюдения за биологическими объектами, иллюстрированные подробными рисунками [1]. Микроскоп Гука (рис. 2) состоял из трех линз и источника света — эта основа сохраняется и в современной микроскопии. Однако достичь больших увеличений удалось с помощью более простой конструкции — Антони ван Левенгук использовал, казалось бы, примитивный микроскоп всего с одной линзой (рис. 2). Однако благодаря высочайшему качеству этой линзы ему удалось достичь 200-кратного увеличения и описать клетки простейших и даже крупные бактерии. Использование всего одной линзы не создавало оптических аберраций, которые только множились при конструировании более сложной оптической системы.


        История микроскопии

        Рисунок 1. Микроскопия: этапы большого пути. 1590 г. — Захарий и Ханс Янсены создают первый микроскоп. 1665 г. — первое издание книги Роберта Гука Micrographia: описание и иллюстрации первых микроскопических исследований. 1674 г. — Антони ван Левенгук с помощью своего микроскопа описывает инфузории, а в дальнейшем — бактерии, сперматозоиды, вакуоли внутри клетки и т.п. 1858 г. — Йозеф фон Герлах разрабатывает окрашивание кармином — одной из первых гистологических красок. 1878 г. — Эрнст Аббе выводит формулу Аббе, позволяющую вычислить максимальное разрешение, исходя из длины волны. 1911 г. — Оскар Хеймштадт изобретает первый флуоресцентный микроскоп. 1929 г. — Филипп Эллингер и Август Хирт конструируют эпифлуоресцентный микроскоп, в котором эффективно отфильтровывалось излучение от источника света. 1932 г. — Фриц Цернике изобретает фазовый контраст, позволяя рассматривать живые неокрашенные объекты с большим контрастом. 1933 г. — Эрнст Руска совместно с Максом Кноллем создает первый электронный микроскоп. В 1939 году с его помощью выпустили первый коммерческий электронный микроскоп. 1934 г. — Джон Маррак получает первый конъюгат антитела с красителем. Первое практическое использование Альбертом Кунсом, усовершенствовавшим технику конъюгацией с флуоресцентной меткой. 1942 г. — Эрнст Руска создает сканирующий электронный микроскоп. 1962 г. — первое описание GFP Осамой Симомурой. 1967 г. — первое использование конфокальной микроскопии Моймиром Петраном, Дэвидом Эггером и Робертом Галамбосом. 1969 и 1971 гг. — первое описание конфокальной лазерной микроскопии. 1981 г. — Герд Бинниг и Генрих Рорер создают первый сканирующий туннельный микроскоп. 1986 г. — Герд Бинниг, Келвин Куэйт и Кристофер Гербер изобретают атомно-силовую микроскопию. 1990 г. — Винфрид Денки и Джеймс Стиклер разрабатывают первый двухфотонный микроскоп. 1994 г. — Штефан Хелл: суперразрешающая электронная микроскопия на основе подавления спонтанного испускания (STED). 2006 г. — изобретение PALM/STROM-микроскопии. Чтобы увидеть рисунок в полном размере, нажмите на него.

        Микроскоп Гука

        Читайте также: