خانه / مقالات / شناخت انواع میکروسکوپ و روش کار با آن ها

شناخت انواع میکروسکوپ و روش کار با آن ها

میکروسکوپ چیست؟

سلول ها معمولا آنقدر کوچک هستند که با چشم غیر مسلح دیده نمی شوند. یکی از ابزار هایی که برای بررسی ساختار سلول مورد استفاده قرار می گیرد میکروسکوپ است . پس میکروسکوپ ابزار مشاهده ی سلول ها می باشد.

چند نوع میکروسکوپ داریم ؟

میکروسکوپ ها به طور کلی به دو دسته ی میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی تقسیم می شوند. میکروسکوپ های نوری به منظور سنجش و مشاهده ی سلول ها با بزرگنمایی نسبتا کم و میکروسکوپ های الکترونی برای مشاهده سلول ها و ساختار های سلولی با بزرگنمایی بسیار زیاد مورد استفاده قرار می گیرند.

سه تعریف مهم در کاربرد میکروسکوپ :

  • بزرگنمایی : به نسبت اندازه تصویر نمونه ، به اندازه واقعی آن گفته می شود. همه ی میکروسکوپ ها از عدسی ها برای بزرگنمایی  تصویر بهره می برند.
  • قدرت تفکیک : توانایی تشخیص بین دو شیء نزدیک به هم به صورت دو شیء متمایز و جدا را قدرت تفکیک می گویند.قدرت تفکیک به کیفیت عدسی ها و طول موج نور تابیده شده بستگی دارد. با کاهش طول موج ، قدرت تفکیک افزایش می یابد.
  • کنتراست : به تفاوت بین بخش های مختلف یک نمونه می گویند. مثلا یه اندامک تیره تر از اندامک دیگر دیده شود.

الف) میکروسکوپ نوری(LM) :  از نور مرئی برای نشان دادن ساختار های سلولی بهره می برد.نور مرئی از نمونه عبور کرده و نهایتا به عدسی شیشه ای می رسد. عدسی ها نور را به گونه ای می شکنند که تصویری بزرگ شده از نمونه به چشم می رسد. کنند این میکروسکوپ های مرکب نامیده می شوند زیرا شامل دو عدسی شیئی و چشمی است که برای تشکیل تصویر به هم کمک می کنند .

بزرگنمایی و قدرت تفکیک :

بزرگنمایی کلی یک میکروسکوپ نوری مرکب برابر است با حاصلضرب بزرگنمایی عدسی شیئی و عدسی چشمی آن . بزرگنمایی عدسی چشمی بین ۱۰ تا ۲۰ و بزرگنمایی عدسی شیئی بین ۱۰ تا ۱۰۰ می باشد. بنابراین بزرگنمایی حدودا ۲۰۰۰ بالاترین حد ، برای میکروسکوپ های نوری است. بیشترین قدرت تفکیک ممکن ، در میکروسکوپ نوری مرکب حدود ۰٫۲میکرومتر است . به این معنا که دو جسمی که به هم نزدیک تر از ۰٫۲ میکرومتر باشند قابل تفکیک به صورت جدا و منفرد نیستند.

اجزای میکروسکوپ نوری :میکروسکوپ نوری

  1. کلید روشن و خاموش کردن لامپ
  2. پیچ تنظیم شدت روشنایی لامپ
  3. پایه نگهدارنده
  4. لامپ
  5. دیافراگم
  6. کندانسور
  7. پیچ تنظیم ارتفاع میکرو(پیچ کوچک) و ماکرو(پیچ بزرگ)
  8. لام نگهدار
  9. عدسی های شیئی
  10. صفحه ی چرخان
  11. پیچ قفل کننده ی سر گردان
  12. سر گردان
  13. تنظیم کننده ی فاصله ی بین دو عدسی چشمی
  14. عدسی چشمی

انواع میکروسکوپ نوری : میکروسکوپ های نوری انواع مختلفی دارد :

  • میکروسکوپ نوری زمینه – روشن
  • میکروسکوپ نوری فاز – کنتراست
  • میکروسکوپ نوری کنتراست تداخلی – افتراقی
  • میکروسکوپ نوری زمینه تاریک
  • میکروسکوپ نوری فلورسانس

میکروسکوپ نوری زمینه روشن : در این میکروسکوپ نمونه ها به علت تفاوت های اندک در کنتراستی که بین آن ها و محیط اطرافشان وجود دارد ، قابل مشاهده هستند . تفاوت های کنتراست به این خاطر به وجود می آیند که سلول ها نور را به درجات متفاوتی جذب یا متفرق می کنند . این نوع میکروسکوپ بیشتر در دروس عملی زیست شناسی و میکروبیولوژی کاربرد دارند.

توجه : سلول های باکتریایی را اغلب به سختی می توان با میکروسکوپ نوری زمینه – روشن مشاهده کرد زیرا خود سلول ها فاقد کنتراست موثر نسبت به محیط اطرافشان هستند . باکتری های رنگیزه دار استثنا هستند چرا که رنگ موجود در آنها کنتراست را افزایش می دهد و باعث بهبودی تشکیل تصویر می شود.

پیشنهاد می شود برای فهم بهتر مطلب فیلم زیر را مشاهده کنید

روش های افزایش کنتراست در میکروسکوپ نوری :

  1. رنگ آمیزی در میکروسکوپ زمینه روشن که خود به دو روش رنگ آمیزی ساده و افتراقی تقسیم بندی می شود که بعدا در یک مقاله ی مجزا آن ها را مورد بررسی قرار می دهیم.
    تصویر گرفته شده توسط میکروسکوپ زمینه روشن
  2. استفاده از میکروسکوپ زمینه تاریک : در این میکروسکوپ نور فقط از کناره ها به نمونه می رسد و تنها نوری که به عدسی می رسد همان نوری است که توسط نمونه متفرق شده است و بنابراین نمونه به صورت روشن در زمینه ای تاریک پدیدار می شود. قدرت تفکیک میکروسکوپ زمینه – تاریک کمی بهتر از میکروسکوپ زمینه – روشن است.
  3. استفاده از میکروسکوپ فاز کنتراست : باتقویت تغییرات در چگالی نمونه ، کنتراست را در نمونه رنگ آمیزی نشده افزایش می دهد . مخصوصا برای مطالعه ی سلول های رنگ آمیزی نشده و زنده مفید است .
    تصویر گرفته شده توسط میکروسکوپ فاز کنتراست
  4. استفاده از میکروسکوپ فلورسانس : این میکروسکوپ برای به تصویر کشیدن نمونه های فلورسانس ، یعنی ساطع کننده نور از یک رنگ، استفاده می کند. فلور سانس در سلول ها یا به علت وجود مواد فلور سنت طبیعی ، مثل کلروفیل و….یا به علت رنگ آمیزی سلول ها با رنگ فلورسنت می باشد . برای مثال DAPI رنگ فلورسنتی است که به علت تشکیل کمپلکس با DNA سلول به طور گسترده می گیرد و سلول ها را به رنگ آبی روشن رنگ آمیزی می کند.
تصویر گرفته شده توسط میکروسکوپ فلئورسنس

 

امکان تصویر برداری سه بعدی در میکروسکوپ های نوری :

تا اینجا میکروسکوپ های نوری که معرفی کردیم تصاویر بدست آمده توسط آن ها به صورت دوبعدی است در اینجا می خواهیم سه نوع میکروسکوپ نوری را معرفی کنیم که تصاویر سه بعدی ایجاد می کنند:

  1. میکروسکوپ کنتراست افتراقی تداخلی (ِDIC) : نوعی میکروسکوپ نوری که به منظور تولید نور پلاریزه(نور در یک سطح) از یک پلاریزان در کندانسور خود بهره می گیرد. سپس نور پلاریزه از میان یک منشور عبور می کند که باعث تولید دو پرتو مجزا می گردد. این پرتو ها از نمونه عبور می کنند و وارد عدسی شیئی می شوند. در اینجا مجددا با هم ترکیب شده و یک پرتو را به وجود می آورند. چون دو پرتو از میان مواد مختلف باتفاوت اندک در شاخص انکساری ، عبور می کنند.پرتوهای ترکیب شده کاملا در یک فاز نیستند ولی در عوض اثر تداخلی را بوجود می آورند. این اثر به طور محسوسی تفاوت های جزئی در ساختار های سلولی را تشدید می کند. بنابراین با استفاده از این میکروسکوپ ساختار های سلولی نظیر هسته ی سلول های یوکاریوتی ، اندوسپور ها ، واکوئل ها و گرانول های سلول های باکتریایی ، سه بعدی تر پدیدار می شود.
  2. میکروسکوپ با نیروی اتمی(AFM) : در این میکروسکوپ سوزنی نازک بسیار نزدیک به نمونه قرار داده می شود. به طوری که نیروهای دافعه ضعیف بین پروب روی سوزن و اتم های سطح نمونه بوجود می آیند. سوزن ، سطح نمونه را بررسی و دائما هر گونه انحراف از سطح صاف را ثبت می کند. الگوی تولید شده توسط یک سری از آشکار ساز ها که اطلاعات دیجیتال را به کامپیوتر می دهند . پردازش می شود وخروجی یک تصویر خواهد بود. تصاویر گرفته شده توسط AFM مشابه تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی نگاه می باشد اما  AFM دارای این مزیت است که بر خلاف میکروسکوپ الکترونی امکان مشاهده ی سلول ها را به صورت زنده محقق می سازد همچنین احتیاجی به مواد تثبیت کننده یا پوشش دادن نمونه ندارد.
  3. میکروسکوپ کونفکال لیزری نگاره(CSLM) : این میکروسکوپ ، میکروسکوپی کامپیوتری شده است که منبعی لیزری را با میکروسکوپ فلورسانس ترکیب کرده است. این مجموعه تصویری سه بعدی تولید و به بیننده این اجازه را می دهد که چندین سطح کانونی از نمونه را با هم مشاهده کند.نور لیزر نور متمرکز نشده را از نمونه ضخیم حذف کرده و یک صفحه ی منفرد از فلورسانس را در تصویر ایجاد می کند.با گرفتن تصاویر شارپ در سطوح مختلف می توان یک تصویر سه بعدی ایجاد کرد.با استفاده از این میکروسکوپ علاوه بر سطح سلول ، لایه های مختلف سلولی نیز قابل مشاهده هستند بنابراین برای مشاهده ی نمونه های ضخیم برای بررسی عمق محتوای میکروبی بسیار مناسب هستند.

ب) میکروسکوپ الکترونی : میکروسکوپ های الکترونی برای مشاهده ی سلول ها و ساختار های سلولی ، به جای نور مرئی از الکترون استفاده می کنند. در میکروسکوپ الکترونی الکترومگنت ها به عنوان عدسی عمل می کنند، وکل سیستم ، درون خلاء قرار دارد.

ریزنگار الکترونی : میکروسکوپ های الکترونی به دوربین هایی مجهز هستند که امکان گرفتن عکس هایی با نام ریزنگار الکترونی را می دهند.

بزرگنمایی و قدرت تفکیک : قدرت تفکیک بهترین میکروسکوپ های نوری تنها ۵۰۰ برابر بالاتر از چشم انسان است ، در حالی که یک میکروسکوپ الکترونی قدرت تفکیک را تا بیش از ۱۰٫۰۰۰ برابر افزایش می دهد و این به خاطر آن است که الکترون ها دارای طول موج های کوتاه ، یعنی حدود ۰٫۱ تا ۰٫۲ نانومتر هستند(همان طور که قبلا هم گفتیم هر چه طول موج کمتر باشد قدرت تفکیک بالاتر است و بالعکس). یعنی امکان مشاهده ی پروتئین ها و DNA به صورت ملکول های جداگانه در این میکروسکوپ وجود دارد.

قدرت تفکیک بالای میکروسکوپ الکترونی به محقق اجازه میدهد تا تصاویری با بزرگنمایی ۲۵۰٫۰۰۰ برابر و حتی بیشتر هم به دست آورد در حالی که بهترین بزرگنمایی با میکروسکوپ های نوری از ۲۰۰۰ برابر بیشتر نخواهد شد(بعضی از منابع گفته اند از ۱۰۰۰ برابر بیشتر نیست.)

توجه : تصاویر گرفته شده به وسیله ی میکروسکوپ الکترونی مستقیما قابل رویت نیستند.پرتوهای الکترونی شامل الکترون های انرژی زایی هستند که به خاطر با منفی شان ، به وسیله ی آهن ربای الکترونی قابل متمرکز شدن می باشد. این درست مشابه با تصاویر متمرکز شده به وسیله ی عدسی های شیشه ای در یک میکروسکوپ نوری است.

انواع میکروسکوپ الکترونی :

۱٫میکروسکوپ الکترونی گذاره(TEM) : در این میکروسکوپ نمونه را در نوعی پلاستیک ، قالب گیری کرده و سپس با تیغ الماسی یا شیشه ای به قطعات بسیار نازک ۵۰ تا ۱۰۰ نانومتری برش می دهند . برای دست یابی به کنتراست مناسب ، نمونه های آماده سازی شده با رنگ هایی مثل اسمیک اسید یا نمک های پرمنگنات ، اورانیوم ، لانتانیوم ، یا سرب تیمارمی شوند (زیرا این مواد از اتم هایی با وزن اتمی بالا تشکیل شده است و الکترون ها را به خوبی متفرق می کند و کنتراست را افزایش می دهد).بعد برش ها را روی یک صفحه یا توری فلزی کوچک قرار می دهند . پرتوی الکترونی از نمونه عبور می کند و نهایتا روی یک صفحه ی فلورسانت می افتد.با این روش امکان مشاهده ی تک ملکول های پروتئین و نو کلئیک اسید نیز وجود دارد.اگر تنها مشاهده ی ویژگی های خارجی یک نمونه مد نظر باشد ، تهیه ی برش های نازک لازم نیست . سلول های دست نخورده یا محتویات آن را می توان به طور مستقیم با TEM و به کمک تکنیکی به نام رنگ آمیزی منفی مشاهده کرد.

پیشنهاد می شود برای فهم بهتر مطلب فوق فیلم زیر را مشاهده کنید

۲٫میکروسکوپ الکترونی نگاره(SEM) : روش دیگر برای مشاهده ی ویژگی های خارجی یک نمونه استفاده از میکروسکوپ الکترونی نگاره است. درکار با این میکروسکوپ نمونه با لایه ی نازکی از یک فلز سنگین مثل طلا پوشانده می شود. سپس یک پرتو الکترونی با حرکت عقب و جلو سطح نمونه را اسکن می کنند. الکترون های متفرق شده از سطح پوشش فلزی جمع آوری می شود و یک صفحه ی نمایش را فعال کرده و تولیدتصویر می کند.در این میکروسکوپ پرتوی الکترونی از درون نمونه عبور نمی کند و معمولا سطح نمونه قابل مشاهده است.

توجه : تصویر میکروسکوپ الکترونی که توسط TEM یا SEM گرفته می شود تصاویر سیاه و سفید و سه بعدی هستند که با استفاده از نرم افزار ها رنگ های کاذب به بخش های مختلف تصویر داده می شود.

پیشنهاد می شود برای فهم بهتر مطلب فوق فیلم زیر را مشاهده کنید

معایب استفاده از میکروسکوپ الکترونی : با اینکه میکروسکوپ الکترونی امکان مشاهده ی دقیق اجزای سلول را به ما می دهد اما دارای یک سری معایب هم هست از جمله :

  • امکان مشاهده ی سلول زنده وجود ندارد.
  • مراحل آماده سازی نمونه برای مشاهده بسیار زمان بر است و به متخصصان حرفه ای در این زمینه نیازمند است.
  • قیمت بالای میکروسکوپ
  • بزرگ و سنگین بودن میکروسکوپ
  • عدم نمایش رنگ واقعی اجزای سلول
  • زیاد بودن هزینه ی آماده سازی نمونه (با توجه به استفاده از ورق نازک طلا )

و…

جمع بندی :

توجه داشته باشید که میکروسکوپ های نوری ، گذاره و نگاره اصول یکسان و مشابهی دارند. یک پرتوی نوری یا یک پرتوی الکترونی به وسیله ی عدسی های شیئی و چشمی در میکروسکوپ های نوری و یا به وسیله ی الکترومگنت ها در میکروسکوپ الکترونی بزرگنمایی پیدا می کند. تصویر گذاره روی صفحه ی فلورسانت افتاده و تصویر نگاره نیز روی نوعی صفحه ی خاص تلویزیونی می افتد.

 

درباره ی یوسف محمدیانی

یوسف محمدیانی هستم مدرس زیست شناسی کنکور و المپیاد و قصد دارم در این وبسایت مطالب مهم و کاربردی در این زمینه را با شما به اشتراک بگذارم. با ما همراه باشید.

مطلب پیشنهادی

ژنتیک

روش مطالعه ی مبحث ژنتیک برای کنکور

شاید شما هم شنیده باشید که بعضی از معلمان یا دانش آموزان کنکوری می گویند که …

۱۶ دیدگاه

  1. یادش بخیر اولین چیزی که با میکروسکوپ تو مدرسه بهم نشون دادن یه پر پیاز بود و ما تونستیم سلول‌های اونو ببینیم.
    خیلی حال داد و کلی کیف کردیم.

  2. سلام استاد
    مطالب جامعی در مورد انواع میکروسکوپ مطرح کردید. ممنون از شما

  3. با سلام استاد گرامی.
    مقاله ای بسیار کاربردی و خوبی بود.
    ممنون از شما

  4. با سلام و احترام
    اینکه چگونه با دستگاههای ضروری در مدرسه و کسب و کار، باید کار کرد تا بتوانیم استفاده خوبی از آنها ببریم، بسیار ضروری است و شما در این مقاله بخوبی به تشریح کار میکروسکوپ پرداخته اید.
    با تشکر

  5. درود بر شما
    با اینکه رشته ی تحصیلی و کاری ام با موضوع این سایت تفاوت بسیاری دارد، اما برخی موضوعات مانند کارکرد میکروسکوپ همیشه برایم جالب بود.
    ممنون از این مقاله ی توصیفی خوبی که ارائه کردید. توضیحات بسیار کامل بود و تصاویر جالب بود
    امیدوارم با بحث های علمی و کاربردی درباره ی زیست انسان، مخاطبان مختلف را جذب سایت خودتان بکنید.
    برای شما آرزوی موفقیت دارم.

  6. ممنون بابت مقاله کاربردی شما
    امیدوارم در آموزشهایتان بیش از پیش موفق و موید باشید

  7. با سلام من یک محقق اماتور هستم و در زمینه میکروبها و انگلهای انسان و دام تحقیق میکنم .میخواستم بدونم ایا نرم افزار،یا دیتا بیسی برای جستجو کردن میکروب یا انگل وجود دارد
    برفرض مثال بنده به تخم انگل در مدفوع گوسفند برمیخورم و میخواهم با استفاده از این نرم افزار یا دیتا بیس بدونم که این تخم چ انگلی ست؟؟
    درضمن رشته تحصیلی بنده هیچ رابطه ای با تحقیق بنده ندارد و هیج پیش زمینه ای در این مورد ندارم

    من علاقه بسیاری به این موضوع دارم.خیلی ممنون میشم در صورت امکان جواب را به ایمیل بنده بفرستید

    ۷/۶/۹۶

  8. سلام مطالبی که در این سایت مشاهده کردم شبیه کتاب های رفرنس است من تکنیک کار میکروسکوپ کونفوکال لیزری نگاره را الا متوجه نشدم براک را خواندم اگر مطلب را فهمیده اید طوری توضیح دهید که من هم متوجه شوم

  9. سلام
    در خصوص خرید میکروسکوپ میتونید بهم مشاوره بدین (برای هدیه به یک دانش آموز ) ممنون میشم ..

  10. دمت گرم….عالی بود

  11. با سلام
    ضمن تشکر از ارائه مطالب مفیدتون ، نیاز به راهنمایی دارم .
    حقیقتا قصد دارم یه میکروسکوپ برای فرزندم که کلاس هفتم هستند خریداری کنم . البته میکروسکوپی میخوام که بتونه دوران دانشگاه هم از اون استفاده کنه . چه نوع میکروسکوپی و با چه بزرگنمایی و چه مشخصاتی رو پیشنهاد میکنید ؟ ساخت کدوم کشور باشه و حدود قیمتش چنده ؟ و از کجا باید خرید که سرم کلاه نره و جنس خوب بتونم خرید کنم . بسیار ممنون میشم اگر زودتر راهنمایی بفرمائید . ممنون

    • سلام دوست عزیز…
      میکروسکوپ بیولوژی مدل E100 نیکون و میکروسکوپ بیولوژی ۲ چشمی المپیوس OLYMPUS مدل CX22LED ژاپن بهترین میکروسکوپ های نوری هستند که ما تو دوران دانشگاه ازشون استفاده می کردیم ، به نظرم اگر یکی از این مدل ها رو تهیه کنید حداقل تا ۱۵ سال آینده نیاز به میکروسکوپ دیگه ای پیدا نمی کنید . چون جنس قطعات بسیار با کیفیته و تصاویر بسیار شفافی رو از نمونه نمایش میده مخصوصا مدل OLYMPUS …این مدل هایی که معرفی کردم هر دو ساخت ژاپنه ولی متاسفانه نسخه های چینی هم تو بازار فراوونه …
      این مدل ها رو هم میشه هم از سایت هایی که وارد کننده هستند خریداری کنید و هم از بازار و حدود قیمتش بین ۳-۵ میلیون تومنه
      موفق باشید

  12. This is the perfect web site for everyone who really wants
    to understand this topic. You realize so much its almost hard to argue with you (not that I really would want
    to…HaHa). You definitely put a fresh spin on a subject
    which has been discussed for ages. Excellent stuff, just
    wonderful!

  13. بسیار عالی بود به خصوص sem و tem
    ممنونم از لطف شما بزرگواران .بسیار خوشحال میشوم در ارتباط تحقیقی با شما باشم
    با تشکر

  14. تو زمینه ای که فعالیت میکنید جزو بهترین سایت ها
    هستید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *