طراحی میکروسکوپ های فلورسانس و میدان روشن کم هزینه

طراحی میکروسکوپ های فلورسانس و میدان روشن کم هزینه

مرحله 1: بررسی اجمالی میکروسکوپ فلورسانس

برای درک مفاهیم اولیه میکروسکوپ فلورسانس، یک جنگل انبوه را در شب تصور کنید که درختان، حیوانات، درختچه‌ها و جنگل‌های دیگر در آن زندگی می‌کنند. اگر چراغ قوه را به جنگل بتابانید، تمام این ساختارها را خواهید دید و تصور حیوانات یا گیاهان خاص دشوار است. با فرض اینکه شما فقط به دیدن درختچه های زغال اخته در جنگل علاقه مند هستید. برای رسیدن به این هدف، باید کرم های شب تاب را طوری تربیت کنید که فقط جذب بوته های بلوبری شوند، به طوری که وقتی به جنگل نگاه می کنید، فقط بوته های بلوبری روشن شوند. می توان گفت از کرم شب تاب برای علامت گذاری بوته های بلوبری استفاده می کنید تا بتوانید ساختار بلوبری را در جنگل ببینید.

در این قیاس، جنگل‌ها کل نمونه را نشان می‌دهند، درختچه‌های زغال اخته ساختارهایی را که می‌خواهید تجسم کنید (مانند سلول‌های خاص یا اندامک‌های درون سلولی) را نشان می‌دهند و کرم شب‌تاب ترکیبات فلورسنت هستند. وضعیت روشن کردن چراغ قوه تیرانداز به تنهایی بدون کرم شب تاب مشابه یک میکروسکوپ میدان روشن است.

مرحله بعدی درک عملکردهای اساسی ترکیبات فلورسنت (همچنین به عنوان فلوروفورها شناخته می شود) است. خوشه های فلورسنت در واقع اجسام کوچکی هستند (در مقیاس نانو) که برای اتصال ساختارهای خاص در نمونه طراحی شده اند. آنها نور طیف باریکی از طول موج ها را جذب می کنند و نور با طول موج دیگری را دوباره ساطع می کنند. به عنوان مثال، یک فلوروفور می تواند نور آبی را جذب کند (یعنی فلوروفور توسط نور آبی برانگیخته می شود) و سپس دوباره نور سبز ساطع می کند. معمولاً این با طیف های تحریک و انتشار خلاصه می شود (همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است). این نمودارها طول موج نور جذب شده توسط فلوروفورها و طول موج نور ساطع شده توسط فلوروفورها را نشان می دهد.

طراحی میکروسکوپ بسیار شبیه به یک میکروسکوپ میدان روشن معمولی است، با دو تفاوت اصلی. اولاً، نوری که نمونه را روشن می کند باید از طول موجی باشد که گروه فلورسنت را تحریک می کند (برای مثال بالا، نور آبی است). ثانیاً، میکروسکوپ فقط باید نور ساطع شده (نور سبز) را جمع‌آوری کند و نور آبی را مسدود کند. این به این دلیل است که نور آبی همه جا وجود دارد، اما نور سبز فقط از ساختارهای خاصی در نمونه می آید. برای جلوگیری از نور آبی، میکروسکوپ‌ها معمولاً چیزی به نام فیلتر عبور طولانی دارند که به نور سبز اجازه عبور بدون نور آبی را می‌دهد. هر فیلتر پایین گذر دارای طول موج قطع است. اگر طول موج نور بیشتر از طول موج قطع باشد، می تواند از فیلتر عبور کند. بنابراین، نام "گذرنامه راه دور" است. طول موج های کوتاهتر مسدود می شوند.

مرحله 2: از میکروسکوپ مدل سازی نوری استفاده کنید

این یک مرحله اضافی در طراحی میکروسکوپ بر اساس اصول اولیه است. نیازی به ساخت میکروسکوپ فلورسانس نیست، بنابراین اگر نمی‌خواهید عمیق‌تر به اپتیک بپردازید، می‌توانید از آن صرفنظر کنید.

هر دو میکروسکوپ میدان روشن و فلورسانس را می توان با استفاده از دستگاه های نوری پرتو مدل سازی کرد. فرض اصلی اپتیک پرتو این است که رفتار نور شبیه رفتار انتشار نور به دور از منبع نور است. وقتی به اطراف اتاق نگاه می کنید، نور خورشید را در خارج از پنجره یا نوری که توسط لامپ آورده می شود، خواهید دید. سپس نور توسط اجسام موجود در اتاق جذب یا منعکس می شود. مقداری نور منعکس شده آن را به سمت چشمان شما هدایت می کند. اگر جسمی روشن باشد، می توانید تصور کنید که هر نقطه از جسم نور را در همه جهات ساطع می کند (همانطور که در تصویر بالا نشان داده شده است). عدسی مانند عدسی چشم ما نور را روی نقطه ای متمرکز می کند تا بتوانیم اشیا را ببینیم. بدون عدسی، نور همچنان به بیرون منتشر می شود و تصویری تشکیل نمی دهد.