Různé typy mikroskopů v biologii

Mikroskop je zařízení, které umožňuje lidem prohlížet si vzorky příliš malé na to, aby je vidělo pouhé oko. Dělají to zvětšením a rozlišením. Zvětšení udává, kolikrát je objekt zvětšen v pozorovacím objektivu. Rozlišení je, jak podrobně se objekt při prohlížení zobrazí. Mikroskopy jsou obzvláště užitečné v biologii, kde mnoho biologů studuje organismy příliš malé na to, aby je bylo možné vidět bez pomoci. Mohou používat stereoskopy, složené mikroskopy, konfokální mikroskopy, elektronové mikroskopy nebo jakýkoli ze specializovaných mikroskopů v rámci každé kategorie. Pozorovaný vzorek určuje potřebný mikroskop.

Stereoskop, nazývaný také pitevní mikroskop a stereoskop, je mikroskop osvětlený světlem, který umožňuje trojrozměrný pohled na vzorek. Dělá to pomocí dvou okulárů v různých úhlech, což jsou ve skutečnosti jen pár složených mikroskopů. Obraz vzorku je také boční a svislý. Stereoskopy však mají ve srovnání se složenými mikroskopy nižší výkon. Obrázky jsou zvětšeny až přibližně 100krát. Stereoskopy umožňují studentům a vědcům manipulovat se vzorky při pozorování.

Stejně jako stereoskopy jsou i složené mikroskopy osvětleny světlem. Poskytují dvourozměrný pohled na pozorovaný vzorek, ale mohou mít zvětšení mezi 40x a 400x, u výkonnějších verzí až 2000x. Přestože může být zvětšení vysoké, rozlišení je omezeno vlnovou délkou světla. Složené mikroskopy nemohou zobrazit detaily od sebe vzdálené méně než 200 nanometrů. Bez ohledu na to lze složené mikroskopy nalézt v mnoha biologických učebnách a výzkumných laboratořích.

Konfokální mikroskopy jsou také světelné mikroskopy, ale mají výhody jak stereoskopů, tak složených mikroskopů. Konfokální mikroskopy umožňují velké zvětšení vzorků s trojrozměrnými obrazy. Mají také vyšší rozlišení, schopné rozlišit detaily až od sebe 120 nanometrů. Nejběžnějším typem konfokálního mikroskopu je fluorescenční mikroskop. Tento mikroskop využívá intenzivní světlo k excitaci molekul vzorku. Tyto molekuly vydávají světlo nebo fluorescenci, která je pozorována, což umožňuje větší zvětšení a rozlišení.

Prvním elektronovým mikroskopem byl transmisní elektronový mikroskop (TEM), který v Německu vynalezli v roce 1931 Max Knoll a Ernst Ruska. Byl vytvořen jako způsob, jak zvětšit objekty více, než čeho jsou schopné světelné mikroskopy. Pokud by světelné mikroskopy mohly přinejlepším zvětšit až 1000x nebo 2000x, pak by elektronový mikroskop mohl zvětšit objekty do rozsahu 10 000x. TEM funguje tak, že zaostřuje paprsek jednoenergetických elektronů dostatečně silných na to, aby prošel velmi tenkým vzorkem. Výsledné obrazy jsou poté prohlíženy pomocí elektronové difrakce nebo přímého elektronového zobrazování.

Existuje nesrovnalost v tom, jak byl SEM vynalezen, ale byl vytvořen na počátku 30. let. Teprve v roce 1965 však společnost Cambridge Instrument Company uvedla na trh první SEM. Důvodem byla složitost skenovací technologie SEM, jejíž využití bylo složitější než TEM. SEM funguje skenováním povrchu vzorku elektronovým paprskem. Tento paprsek vytváří různé signály, sekundární elektrony, rentgenové paprsky, fotony a další, které všechny pomáhají charakterizovat vzorek. Signály se zobrazují na obrazovce, která mapuje vlastnosti materiálu vzorku.