Różne typy mikroskopów w biologii

Mikroskop to urządzenie, które umożliwia oglądanie detali zbyt małych, by można je było zobaczyć gołym okiem. Robią to poprzez powiększenie i rozdzielczość. Powiększenie określa, ile razy obiekt jest powiększany w obiektywie. Rozdzielczość określa szczegółowość, z jaką oglądany jest obiekt. Mikroskopy są szczególnie przydatne w biologii, gdzie wielu biologów bada organizmy zbyt małe, by móc je zobaczyć bez pomocy. Mogą używać stereoskopów, mikroskopów złożonych, mikroskopów konfokalnych, mikroskopów elektronowych lub dowolnych mikroskopów specjalistycznych w każdej kategorii. Obserwowana próbka określa potrzebny mikroskop.

Stereoskop, zwany także mikroskopem preparacyjnym i mikroskopem stereoskopowym, to mikroskop z oświetleniem, który umożliwia trójwymiarowy widok próbki. Robi to za pomocą dwóch okularów pod różnymi kątami, które w rzeczywistości są tylko parą złożonych mikroskopów. Wizerunek okazu jest również boczny i pionowy. Jednak stereoskopy mają mniejszą moc w porównaniu do mikroskopów złożonych. Obrazy są powiększane tylko do około 100x. Stereoskopy pozwalają studentom i naukowcom manipulować okazami podczas obserwacji.

Podobnie jak stereoskopy, mikroskopy złożone są oświetlone światłem. Dają dwuwymiarowy widok obserwowanej próbki, ale mogą mieć powiększenia od 40x do 400x, z mocniejszymi wersjami do 2000x. Chociaż powiększenie może być duże, rozdzielczość jest ograniczona długością fali światła. Mikroskopy złożone nie mogą wyświetlać szczegółów w odległości mniejszej niż 200 nanometrów. Niezależnie od tego, mikroskopy złożone można znaleźć w wielu salach biologicznych i laboratoriach badawczych.

Mikroskopy konfokalne są również mikroskopami świetlnymi, ale mają zalety zarówno stereoskopów, jak i mikroskopów złożonych. Mikroskopy konfokalne umożliwiają duże powiększenia próbek z trójwymiarowymi obrazami. Mają również wyższą rozdzielczość, umożliwiającą rozróżnianie szczegółów w odległości do 120 nanometrów. Najpopularniejszym rodzajem mikroskopu konfokalnego jest mikroskop fluorescencyjny. Ten mikroskop wykorzystuje intensywne światło do wzbudzenia cząsteczek próbki. Cząsteczki te wydzielają światło lub obserwowaną fluorescencję, co pozwala na większe powiększenie i rozdzielczość.

Pierwszym mikroskopem elektronowym był transmisyjny mikroskop elektronowy (TEM) wynaleziony w Niemczech w 1931 roku przez Maxa Knolla i Ernsta Ruskę. Został stworzony jako sposób na powiększanie obiektów bardziej niż to, do czego są zdolne mikroskopy świetlne. Jeśli mikroskopy świetlne mogłyby powiększyć maksymalnie 1000x lub 2000x, to mikroskop elektronowy mógłby powiększać obiekty do zakresu 10000x. TEM działa poprzez skupienie wiązki elektronów o pojedynczej energii wystarczająco silnej, aby przejść przez bardzo cienką próbkę. Powstałe obrazy są następnie oglądane przez dyfrakcję elektronów lub bezpośrednie wyobrażanie elektronów.

Istnieją rozbieżności co do tego, jak wynaleziono SEM, ale powstał on na początku lat 30. XX wieku. Jednak dopiero w 1965 roku Cambridge Instrument Company wprowadziło na rynek pierwszy SEM. Wynikało to ze złożoności technologii skanowania SEM, która była bardziej skomplikowana w użyciu niż TEM. SEM działa poprzez skanowanie powierzchni próbki wiązką elektronów. Wiązka ta wytwarza różne sygnały, elektrony wtórne, promienie rentgenowskie, fotony i inne, które pomagają scharakteryzować próbkę. Sygnały są wyświetlane na ekranie, który odwzorowuje właściwości materiału próbki.