آشنایی با میکروسکوپ نوری و اجزای آن

[vc_row][vc_column][vc_separator color=”white” style=”dashed” border_width=”3″ el_width=”5″][vc_column_text]

ميكروسكوپ وسيله‌ای است كه به منظور بزرگ‌نماییِ تصوير اجسام كوچك و آشكار كردن جزئيات ساختارها (كه در بسیاری موارد با چشم غير مسلح قابل رويت نيستند) استفاده می‌شود. اختراع اولين وسيله ريزنما در حدود سال 1700 ميلادی توسط دانشمندی هلندی به نام آنتوان وان‌ليون هوك صورت گرفت. البته هيچ كدام از ميكروسكوپ‌های اولیه ساخت لیون هوک امروزه موجود نيست، چرا كه پس از مرگ او، دستگاه‌های او كه ساخته شده از طلا و نقره بودند توسط خانواده‌اش به فروش رفت. اولین میکروسکوپ‌ها متشکل از دو عنصر بودند و به سادگی تصویری بزرگتر از آنچه را که چشم انسان می‌تواند مشاهده کند، از یک جسم تحت بازرسی تولید می‌کردند. کاری شبیه به یک ذره بین ساده که از یک لنز برای بزرگنمایی یک جسم کوچک استفاده می‌کند تا چشم انسان جزئیات آن را تشخیص دهد. با یک ذره‌بین ساده، جسم در فاصله کانونی یک لنز قرار می‌گیرد که یک تصویر مجازی بزرگ‌نمایی شده را ایجاد می‌کند.

ميكروسكوپ‌های نوری امروزی نسبت به ساخته وان‌ليون هوك پيشرفت‌های بسياری كرده‌اند اما این طرح اولیه در طول تاریخ میکروسکوپ تکامل یافته و میکروسکوپ‌های مرکب، که در آن‌ها یک سیستم عدسی به جای عدسی تکی استفاده می‌شود، جایگزین شده‌اند. علاوه بر آن، اکثر میکروسکوپ‌های نوری چندین فیلتر، قطبنده، مقسم پرتو، سنسور، منابع نور و سایر اجزای دیگر را در خود جای داده‌اند. امروزه میکروسکوپ‌های نوری تجهیزات پیچیده‌ای به حساب می‌آیند که غالباً به تخصص نیاز دارند تا کاربر بتواند از پتانسیل آن‌ها نهایت استفاده را ببرد. آگاهی از نحوه عملکرد میکروسکوپ‌های فعلی تاحدی نیاز به آگاهی از قوانین بنیادی نور و فیزیک دارد. سیستم‌های میکروسکوپی نوری را می‌توان در دو دسته میدان‌گسترده (Widefield) و کانفوکال (Confocal) با مکانیزم عملکرد متفاوت، طبقه‌بندی کرد. در مقاله حاضر، به بررسی میکروسکوپی نوری میدان‌گسترده که به طور ساده با عنوان میکروسکوپی نوری شناخته می‌شود و اجزای سازنده آن میپردازیم.

اجزای اصلی میکروسکوپ نوری

اجزای اصلی سازنده یک میکروسکوپ‌ نوری عبارتند از منبع نور، کندانسور، عدسی شیئی، عدسی چشمی، لوله چشمی و بخش‌های مکانیکی که در دو پیکربندی مستقیم (Upright) و معکوس (Inverted) بر روی پایه (بدنه) قرار گرفته‌اند. در شکل بالا اجزای یک میکروسکوپ نوری در پیکربندی مستقیم، نمایش داده شده‌است.

عدسی شیئی و چشمی

دو قسمت اصلی در میکروسکوپ نوری که عملکرد کلی سیستم را تعیین می‌کند عدسی شیئی و چشمی هستند. عدسی شیئی، در نزدیکی جسم (شئ) و عدسی چشمی در نزدیکی چشم یا حسگر قرار دارد. اساس كار ميكروسكوپ نوری بدين ترتيب است كه جسم مورد نظر در فاصله بين مركز و كانون عدسی شيئی قرار می‌گيرد و شیئی تصويری حقيقی، بزرگ‌تر و معكوس ايجاد می‌كند. حال اين تصوير حقيقی در فاصله كانونی عدسی ديگری (صفحه تصویر میانی) كه همان عدسی چشمی است قرار گرفته و تصويری مجازی، با بزرگنمايی چندين برابر بيشتر و مستقيم نسبت به جسم ايجاد می‌شود. در واقع شيئی وظيفه تهيه تصوير بزرگ (و معكوس) از جسم مورد نظر را به عهده دارد و چشمی تصاوير به دست آمده از شيئی را بزرگ كرده و تصويری مجازی و مستقیم ايجاد می‌كنند. فرایند تشکیل تصویر در میکروسکوپ به صورت شماتیک در شکل زیر نشان داده شده است.

[/vc_column_text][/vc_column_inner][/vc_row_inner][vc_row_inner gap=”10″][vc_column_inner width=”3/4″][vc_column_text]

کندانسور

وظیفه کندانسور متمرکزسازی نور بر روی نمونه می‌باشد و مشتمل بر چندین قطعه است که وظیفه دارند نور را تصحیح کرده و سپس بر روی نمونه یا جسم مورد بررسی متمرکز کنند. اجزای کندانسور شامل موارد زیر است: عدسی(ها)، دیافراگم برای تنظیم حجم نور، جایگاه قرارگیری فیلتر رنگی برای تفکیک طول‌موجی نور، جایگاه قرارگیری المان‌های تغییر فاز، یا المان‌های تغییر قطبش نور.

بخش‌های مکانیکی

صفحه گردان یا متحرک (Revolver): عدسی‌های شیئی بر روی این صفحه قرار می‌گیرند و با چرخاندن آن، موقعیت عدسی‌ها تغییر میکند.

صفحه چندمحوری یا استیج (Stage): صفحه‌ای است که نمونه یا جسم روی آن قرار می‌گیرد و در سه بعد قابلیت جابجایی دارد. معمولا در جهت طول و عرض دارای دو خط کش مدرج می‌باشد که جهت ثبت و یادداشت مکان نمونه بکار می‌رود.

پیچ تنظیم افقی: این پیچ بر روی بدنه و زیر استیج قرار دارد و آن را در جهت طول و عرض جابجا می‌کند.

پیچ تنظیم عمودی: شامل پیچ تنظیم سریع (Coarse knob) که بر روی دسته تعبیه شده و صفحه استیج را با جابجایی در مرتبه میلی‌متر حرکت میدهد و پیچ تنظیم دقیق (Fine knob) که بر روی پیچ تنظیم سریع قرار داد و صفحه استیج را درحد میکرومتر در جهت عمودی جابجا می‌کند، تشکیل شده است.

[/vc_column_text][/vc_column_inner][/vc_row_inner][vc_row_inner][vc_column_inner][vc_column_text]

انواع عدسی چشمی

در میکروسکوپ‌های اولیه، چشمی‌ها نقش اصلی را در طراحی سیستم نوری برعهده داشتند زیرا تنها وسیله‌ برای دیدن واقعی جسم بودند. عدسی‌های چشمی در مدل‌های گوناگونی طراحی می‌شوند که دو طرح شناخته‌شده و پراستفاده عبارتند از چشمی هویگنس(Huygenian)  و چشمی رامزدن (Ramsden). در این‌ دو طرح که به صورت شماتیک در شکل زیر نشان داده شده اند، دو عدسی و یک دیافراگم وجود دارد. از عدسی‌هایی که در بالای لوله چشمی قراردارند در هر دو طرح، به عنوان “لنز چشم eye lens” یاد می‌شود زیرا نزدیکترین لنز به چشم مشاهده کننده است. عدسی دوم نیز “لنز میدانfield lens ” نامیده می‌شود زیرا به صفحه‌ای که تصویر میانی در میکروسکوپ تشکیل می‌شود نزدیکتر است. نقش دیافراگم کم کردن میزان خیره کننده‌گی نور رسیده به چشم بیننده است. همچنین این دیافراگم برای اطمینان از کیفیت خوب تصویر در میدان مشاهده تنظیم شده است، زیرا همه سیستم‌های نوری همراه با ابیراهی “دور از مرکز عدسی” هستند. اندازه دهانه دیافراگم چشمی، نیز به اصلاحات ابیراهی‌های خارج از محور مربوط به شیئی (کما، آستیگماتیسم و رنگی) بستگی دارد. امروزه چشمی‌های کاملاً تصحیح شده‌ای وجود دارند که می‌تواند میدان‌دید وسیع با عددمیدان 26 میلی‌متر و بیشتر را با اصلاحات بسیاری از ابیراهی‌ها فراهم کند.

[/vc_column_text][/vc_column_inner][/vc_row_inner][vc_row_inner][vc_column_inner width=”1/2″][vc_column_text]

چشمی هویگنس (شکل سمت چپ) از دو عدسی تشکیل شده است که یک سمت آنها مسطح و سمت دیگر محدب است. در طراحی هویگنس سطح محدب هر دو عدسی به سمت پایین است و در بین این دو دیافراگم واقع شده است. دیافراگم در محل کانون “لنز چشم” قرار گرفته است. عدسی پایین یعنی “لنز میدان” پرتوهای رسیده از شیئی را جمع‌آوری نموده و در محل دیافراگم یا در نزدیکی آن متمرکز می‌نماید. “لنز چشم” این تصویر را بزرگ کرده و به صورت یک تصویر مجازی بزرگ شده به چشم مشاهده‌گر انتقال می‌دهد.

طرح هویگنس دارای یک نقطه کانونی (در صفحه تصویر میانی) است که بین لنزهای چشم و میدان قرار دارد. در این حالت، “لنز چشم” در نقش بزرگنمایی تصویر میانی ​​عمل می‌کند. چشمی هویگنس معروف به چشمی‌های منفی هستند و اگرچه قیمت نسبتا ارزان و کارایی مناسب دارند، اما محدود بودن میدان‌دید و عدم تامین راحتی کافی برای چشم، از محدودیت‌های آن‌ها به حساب می‌آید. چشمی رامزدن (شکل سمت راست) دارای سیستم نوری متشکل از دو عدسی لبه‌ای محدب است که با توجه به فاصله کانونی آنها، فاصله جدائی ثابتی دارند. در طرح رامزدن دیافراگم در بین دهانه لوله و “لنز میدان” قرار دارد. چشمی‌های نوع رامزدن مشهور به چشمی‌های مثبت هستند و با دقت خوبی ابیراهی‌های عدسی‌های آپوکرومات را اصلاح می‌کنند. در تمام طراحی‌های چشمی مدرن، لنز میدان با فاصله کافی از صفحه تصویر میانی قرار می‌گیرد تا اطمینان حاصل شود که گرد و غبار روی سطح لنز ننشیند زیرا که ممکن است درنهایت به همراه نمونه، تصویر شود.

[/vc_column_text][/vc_column_inner][/vc_row_inner][vc_row_inner][vc_column_inner][vc_column_text]

میکروسکوپ نوری در پیکربندی مستقیم و معکوس

در طراحی میکروسکوپ‌های معکوس، منبع نور و سیستم اپتیکی در زیر نمونه قرار گرفته است و تصویر نمونه‌ از زیر دیده می‌شود، درحالیکه با میکروسکوپ‌های مستقیم، نمونه‌ از بالا مشاهده می‌شود. به طور سنتی، از میکروسکوپ‌های معکوس برای تحقیقات علوم زیستی استفاده می‌شده، زیرا نمونه‌ها که اغلب در محلول آبی غوطه‌ور هستند، در انتهای ظرف ته‌نشین می‌شوند و میکروسکوپی از بالا اطلاعات زیادی دربر نخواهد داشت. مدتی است که استفاده از میکروسکوپ معکوس برای کاربردهای صنعتی نیز محبوبیت بیشتری پیدا کرده است. در ادامه به تعدادی از مزایای میکروسکوپ معکوس، به طور ویژه برای کاربردهای صنعتی، اشاره شده است.

• میکروسکوپ معکوس آزادی عمل بیشتری نسبت به میکروسکوپ مستقیم، به کاربر می‌دهد.

برای میکروسکوپ‌های مستقیم بسته به شیئی مورد استفاده، اندازه نمونه به ارتفاع متوسط 80 میلی‌متر و وزن 3 کیلوگرم محدود می‌شود. این محدودیت در مورد میکروسکوپ‌های معکوس اعمال نمی‌شود زیرا که منبع نور و شیئی در زیر استیج و نمونه قرار می گیرند. به این معنی که آزادی عمل بیشتری بر روی استیج وجود دارد و می‌توان نمونه‌های حجیم‌تر و سنگین‌تری را برای میکروسکوپی استفاده کرد. بنابراین اگر با نمونه‌های بزرگ و سنگین کار می‌کنید، یا نمونه‌هایی دارید که از نظر اندازه و وزن تفاوت زیادی دارند، میکروسکوپ‌های نوری معکوس امکان مورد نیاز را برای شما فراهم می‌کنند.

• با استفاده از میکروسکوپ معکوس، شیئی با نمونه تماس برقرار نمی‌کند.

برخورد شیئی به نمونه پرتکرارترین اتفاقی‌ست که در انجام میکروسکوپی رخ می‌دهد که یک خطر آسیب شناخته شده در استفاده از میکروسکوپ‌های مستقیم است. وقتی این اتفاق می‌افتد، نه تنها احتمال آسیب‌دیدگی شیئی وجود دارد، بلکه احتمال آلودگی نمونه ممکن است سبب شود که مجبور به کنار گذاشتن نمونه شوید. در طراحی میکروسکوپ معکوس، شیئی‌ها در زیر استیج قرار می‌گیرند و در نتیجه بیشتر محافظت می‌شوند و همچنین احتمال برخورد شیئی به نمونه به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد.

• با میکروسکوپ‌های معکوس می‌توان نمونه‌های بیشتری را در مدت زمان کوتاه‌تری بررسی کرد.

با استفاده از میکروسکوپ معکوس، به سادگی نمونه را روی استیج قرار می‌دهید، شیئی را روی سطح نمونه کانونی کرده و آن را تصویر می‌کنید. با تعویض نمونه‌های دیگر از همان نوع، تنظیمات شیئی ثابت می‌ماند و همچنان نمونه در کانون قرار دارد و نیازی به تنظیم مجدد نیست. اما هنگام کار با یک میکروسکوپ مستقیم، برای قرار دادن هر نمونه جدید، با توجه به ارتفاع نمونه، احتمالا باید استیج جابجا شود و پس از قرارگیری نمونه، تنظیم مجدد کانونی کردن شیئی انجام شود. برای اپراتورهای آموزش ندیده، قرار دادن نمونه‌ها و تنظیمات اپتیکی میکروسکوپ مستقیم می تواند یک کار زمان‌بر و همراه با خطا محسوب شود. اما با استفاده از میکروسکوپ معکوس، قرار دادن نمونه روی استیج به سادگی انجام می‌شود و سرعت فرایند میکروسکوپی را افزایش می‌دهد.

• هنگام تهیه نمونه برای میکروسکوپی معکوس، در وقت و هزینه صرفه جویی می‌شود.

آماده‌سازی نمونه برای کار با میکروسکوپ معکوس به حداقل زمان وانرژی نیاز دارد، زیرا فقط یک طرف نمونه باید پردازش شود. از آنجایی که نیازی به جاسازی نمونه بر روی استیج نیست، معمولا می توان نمونه را با همان ابعادی که هست (بدون تغییر) بر روی استیج قرار داد. از آنجاییکه به آماده‌سازی چندین مرحله‌ای، برش قطعات از نمونه‌های بزرگتر، تراز کردن نمونه با استفاده از پرس نمونه نیازی نیست، کار با میکروسکوپ معکوس باعث صرفه‌جویی در وقت و هزینه می‌شود.

[/vc_column_text][/vc_column_inner][/vc_row_inner][vc_row_inner][vc_column_inner][vc_column_text]

در این مقاله به طور اجمالی با اجزای اصلی تشکیل‌دهنده یک میکروسکوپ‌ نوری و پیکربندی چیدمان اجزا، آشنا شدیم. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد عدسی‌های شیئی و همچنین معیارهای کیفیت عملکرد میکروسکوپ‌ نوری، به مباحث علمی و آموزشی ارائه شده در وبسایت لبینت مراجعه نمایید.

[/vc_column_text][/vc_column_inner][/vc_row_inner][vc_row_inner][vc_column_inner][vc_separator color=”white” style=”dashed” border_width=”3″ el_width=”5″][vc_column_text]

شما می‌توانید محصولات لبینت را در راستای تامین انواع میکروسکوپ‌های اپتیکی، در صفحه میکروسکوپ نوری مشاهده نمایید.

[/vc_column_text][vc_column_text]

[/vc_column_text][/vc_column_inner][/vc_row_inner][/vc_column][/vc_row]