Световой – это оптический инструмент, предназначенный для исследования объектов, невидимых невооруженным глазом. Световые микроскопы можно разделить на биологические и стереоскопические . Биологические микроскопы также называют лабораторными, медицинскими – это микроскопы для исследования тонких прозрачных образцов в проходящем свете. Биологические лабораторные микроскопы имеют большое увеличение, наиболее распространенное – 1000х, но некоторые модели могут иметь увеличение до 1600х.

Стереоскопические микроскопы используют для исследования непрозрачных объектов (монет, минералов, кристаллов, электросхем и пр.) в отраженном свете. Стереоскопические микроскопы обладают небольшим увеличением (20х, 40х, некоторые модели – до 200х), но при этом они создают объемное изображение наблюдаемого объекта. Данный эффект очень важен, например, при исследовании поверхности металла.

В данной статье мы более детально рассмотрим строение биологического лабораторного микроскопа, для чего рассмотрим отдельно оптическую, механическую и осветительную системы микроскопа.

2. Насадка

4. Основание

5. Револьверная головка

6. Объективы

7. Координатный столик

8. Предметный столик

9. Конденсор с ирисовой диафрагмой

10. Осветитель

11. Переключатель (вкл./выкл.)

12. Винт макрометрической (грубой) фокусировки

13. Винт микрометрической (точной) фокусировки

Оптическая система микроскопа

Оптическая система микроскопа состоит из объективов , расположенных на револьверной головке, и окуляров . С помощью оптической системы собственно и происходит формирование изображения исследуемого образца на сетчатке глаза. Заметим, что изображение, полученное с помощью биологического микроскопа, - перевернутое.

УВЕЛИЧЕНИЕ = УВЕЛИЧЕНИЕ ОБЪЕКТИВА Х УВЕЛИЧЕНИЕ ОКУЛЯРА.

Механическая система микроскопа

Механическая система состоит из тубуса, штатива, предметного столика, механизмов фокусировки, револьверной головки.

Механизмы фокусировки используют для фокусировки изображения. Винт грубой (макрометрической) фокусировки используют при работе с малыми увеличениями, а винт точной (микрометрической) фокусировки – при работе с большими увеличениями.

На предметном столике размещается исследуемый объект. Существует несколько видов предметных столиков: неподвижный (стационарный), подвижный, координатный и другие. С помощью координатного столика Вы можете перемещать исследуемый образец в горизонтальной плоскости по осям Х и У.

На револьверной головке расположены объективы. Поворачивая ее, Вы можете выбирать тот или иной объектив, и таким образом менять увеличение.

В тубус вставляется окуляр.

Осветительная система микроскопа

Осветительная система состоит из источника света, конденсора и диафрагмы.

Источник света может быть встроенный или внешний. Биологические микроскопы имеют нижнюю подсветку.

С помощью конденсора и диафрагмы можно регулировать освещение препарата. Конденсоры бывают однолинзовые, двухлинзовые, трехлинзовые. Поднимая или опуская конденсор, Вы соответственно конденсируете или рассеиваете свет, попадающий на образец. Диафрагма может быть ирисовой с плавным изменением диаметра отверстия или ступенчатой с несколькими отверстиями различных диаметров. Так уменьшая или увеличивая диаметр отверстия, Вы соответственно ограничиваете либо увеличиваете поток света, падающий на исследуемый объект.

1-тема. Световые микроскопы, строение и правила

работы с ними

Содержание темы.

Одним из основных методов изучения мелких биологических объектов (вирусов, микроорганизмов, простейших, клеток, многоклеточных) является микроскопирование – изучение их с помощью оптических увеличивающих приборов (micros – малый, scopio - наблюдать). Существуют разные виды микроскопов (световой, электронный, люминесценный, фазовоконстрастный, флуоресцентный, поляризационный и др). Чаще используются световые микроскопы, которые необходимы не только для биологических но и медицинских исследований, например для лабораторной диагностики болезней. Поэтому каждый студент обязан знать строение световых микроскопов и уметь работать с ними.

Световой микроскоп состоит из следующих частей: а) оптическая, б) механическая, в) осветительная . (Рис.1; табл.1.).

К механической части относятся: штатив, предметный столик, тубус револьвер, макро и микрометрические винты. Штатив состоит из основания, тубусодержателя и тубуса. Предметный столик имеет в центре круглое отверстие, через которое проходит пучок света, две клеммы для фиксации препарата, препаратоводители-винты для передвижения верхней части столика по горизонтальной плоскости. Ниже предметного столика расположены макрометрический и микрометрический винты. Макрометрический винт крупнее и служит для ориентировочного фокусирования, а микрометрический - для более точного. В большинство микроскопов микровинт имеет вид массивного диска и распологается на основании.

Осветительная часть состоит из зеркала, конденсора и диафрагмы.

Зеркало подвижно укреплено на штативе ниже предметного столика, его можно вращать в любом направлении. Зеркало имеет вогнутую и плоскую поверхность. При слабом освещении используется вогнутая поверхность. Конденсор также располагается под предметным столиком и состоит из системы линз. Имеется специальный винт для перемещения конденсора вверх или вниз,

Рис-1. Микроскоп МБР-I.

1-основание (штатив); 2-тубусодержатель; 3-тубус; 4-предметный столик; 5-отверстие предметного столика; 6-винты,перемещающие столик; 7-окуляр; 8-объектив;

9-макрометрический винт; 10-микромерический винт; 11-конденсор; 12-винт конденсора; 13-дафрагма; 14-зеркало; 15-револьвер.

Таблица-1

Строение микроскопа

Предметный столик

I.Механическая часть Тубус

Револьвер

Макро и микрометрический винты

Световой II.Осветительная Зеркало

микроскоп часть Конденсор

Ирисовая диафрагма

Объектив малого увеличения (8 х)

III.Оптическая часть Объектив большого увеличения (40 х)

Иммерсионный объектив (90 х)

с помощью которого регулируется степень освещения. При опускании конденсора освещение уменьшается, при поднимании - увеличивается.

Ирисовая диафрагма ввинчена в нижнюю часть конденсора, состоит из мелких пластинок. С помощью специальной клеммы можно регулировать диаметр отверстия и освещенность изучаемого объекта.

К оптической части микроскопа относятся окуляры и объективы. Окуляры состоят из системы линз. Увеличительная способность окуляра указана на верхней поверхности (7, 10, 15, 20)

Объективы ввинчиваются в специальные гнёзда револьвера. Вращающийся револьвер имеет 4 гнёзда для объективов. Объективы также имеют различную кратность увеличения (8 х, 40 х, 60 х, 90 х) по увеличительной способности можно судить о «силе микроскопа» При расчете силы микроскопа следует умножить увеличение окуляра на увеличение объектива (например, 10 х 8=56 , 10 х 40 =400, 10 х 90=900 и т.д.)

Для характеристики оптических приборов часто употребляется понятие «разрешающая способность». Разрешающая способность микроскопа – это наименьшее расстояние между двумя точечеыми объектами, при котором их можно различить. Глаз человека (своеобразный оптический прибор) может различить две точки, удаленные от него на 25 см, при рассоянии между ними не меньше 0,073мм. Разрешающая способность светового микроскопа- 0,2мкм,электронного микроскопа -5А 0 (1 Ангстрем =
мкм)

Правила работы с микроскопом.

1.Микроскоп устанавливается штативом к себе, на расстоянии 5см от края стола.

2.Окуляр,объектив, зеркало и другие части микроскопа протираются мягкой суконкой.

3.Спомощью револьвер объектив малого увеличения устанавливается в центре предметного столика, при этом слышится легкий щелчок и револьвер фиксируется.

Необходимо надо помнить что изучение любого объекта начинается с малого увеличения .

4.С помощью макрометрического винта объектив малого увеличения поднимается на высоту 0.5см от предметного столика.

5.Глядя на окуляр левым глазом и вращая зеркало в разных направлениях устанавливается яркое и равномерное освещение поля зрения. Для этого следует расширить отверстие диаграммы и поднять конденсор. При достаточной освещенности используется плоская поверхность зеркала.

6.Изучаемый препарат устанавливается в центре предметного столика и закрепляется клеммами. С помощью макровинта малый объектив медленно опускается до расстояния примерно 2 мм от препарата. Затем, глядя в окуляр левым глазом, медленно вращая макрометрический винт, малый объектив поднимается до появления в поле зрения изображения изучаемого объекта. Фокусное расстояния объектива с малым увеличением составляет 0.5см. При появлении четкого изображения препарата в нужном участке эта часть устанавливается в центре поля зрения. Затем устанавливается объектив большого увеличения. Под контролем зрения объектив опускается почти до соприкоснования с препаратом. После этого, глядя в окуляр, медленно поднимается до появления четкого изображения. Фокусное расстояние при работе с объективом большого увеличения равно 1мм. При отсутствии изображения следует повторить работу сначала. Для тонкой фокусировки используются микрометрический винт, вращая его вправо и влево в полоборота.

Объясните понятие «сила микроскопа, разрешающая способность микроскопа».

7.Объектив с увеличением 90 х называются иммерсионным (от лат. Immersio-погружать). Этот объектив используется при изучении мельчайших объектов. При использовании этого объектива на изучаемый объект помещают каплю иммерсионного (кедрового) масла. Затем, глядя с боку, тубус опускаются до погружения линзы объектива в масло. После этого, глядя в окуляр, пользуясь только микровинтом, объектив осторожно опускается или поднимается до получения четкого изображения.

8.После завершения работы следует перевести микроскоп в нерабочее положение. Для этого, вращая револьвер, объективы переводятся в нейтральное положение.

Цель занятия.

Ознакомление со строением микроскопа, освоение правил работы с ним, техники приготовления временных препаратов, изучение временных и постоянных микропрепаратов.

Задание для самостоятельной подготовки.

I.Изучить материал по теме и ответить на следующие вопросы:

1.Значение микроскопических исследований в биологии и медицине.

2.Какие существует типы микроскопов?

3.Укажите основные части микроскопа.

4.Изучите правила работы с микроскопом.

5.Используя дополнительную литературу расскажите о принципах работы разных микроскопов.

II Решить ситуационные задачи и ответить на тестовые вопросы.

Учебное оборудование.

Микроскопы, чашки Петри, предметные и покровные стекла, пипетки стаканы с водой, пинцеты,ножницы,вата, иммерсионное масло,постоянные микропрепараты, таблицы с изображением строения микроскопа, различные клетки и ткани

План занятия.

Студенты изучают устройство микроскопа и правила работы с ними,осваивают технику приготовления временных препаратов.

1. 
   препарат. Часть волоса длиной примерно 1-1,5см кладут на предметное стекло и капают из пипетки одну каплю воды, покрывают покровным стеклом. Препарат изучают сначала при малом, затем при большом увеличении микроскопа, зарисовывают изображение в альбом.

2- препарат. Из чашки Петри берут пинцетом небольшой пучок волокон ваты, кладут на предметно стекло, разрыхляют и капают каплю воды, накрывают покровным стеклом. Препарат изучают сначала при малом, затем при большом увеличении, зарисовывают изображение в альбом, обозначают волокна ваты и пузырьки воздуха. В заключительной части занятия преподаватель проверяет альбом, усвоение материала с помощью тестов и ситуационных задач, оценивает успеваемость и объясняет задание на следующее занятие.

Ситуационные задачи.

1.Студент при работе с малым увеличением не смог найти изображение объекта. Перечислите ошибки, допушенные студентом.

2.При переходе на большое увеличение студент не смог найти изображение объекта. Какие ошибки допущены студентом?

3.При микроскопировании студент разбил препарат. Укажите причины.

Тестовые задания.

1.Основные части микроскопа:

А. Механическая. В. Оптическая. С. Осветительная. Д. Объектив и диафрагма.

Е. Все части микроскопа являются основными.

2.Иммерсионный объектив-это:

А. Объектив малого увеличения. В. Объектив большого увеличения.

С. Все объективы считаются иммерсионными.

Д. Объектив с увеличением 90 х при работе с которым используется иммерсионные масло. Е. Все ответы неверны.

3.Принцип работы электронного микроскопа основан:

А. На использовании светового излучения.

В. На использовании потока электронов.

С. На использовании электромагнитных линз.

4. Недостатки постоянных препаратов:

А. Отсутствуют.

В. При фиксации изучаемого объекта происходят незначительные изменения.

С. Отсутствие возможности изучения препарата при большом увеличении.

Д. Верны ответы В и С; Е. Все ответы не верны.

5.С помощью какого микроскопа биологические объекты можно изучить в живом виде?

А. Флуоресцентного микроскопа. В. Фазово-контрастного микроскопа.

С. Электронного микроскопа. Д Верны ответы А и В. Е. Верны все ответы.

6. Как определяется увеличение изучаемого объекта?

А. По цифрам на объективе; В. По цифрам на окуляра;

С. По цифрам на тубусе; Д. Умножением увеличения окуляра на увеличение объектива; Е. Умножением цифры объектива на цифру тубуса.

7. Значение револьвера:

А. Служит для передвижения тубуса; В. Служит для смены объективов.

С. Служит для установления нужного объектива под тубусом.

Д. Верны ответы А и С; Е. Верны ответы В и С.

8.Какими изменениями положения диафрагмы и конденсора можно добиться равномерной и хорошей освещенности объекта.?

А. Опусканием конденсора, сужением отверстия диафрагмы.

В. Поднятием конденсора, сужением отверстия диафрагмы.

С. Поднятием конденсора, расширением отверстия.

Д. Верны ответы А и В. Е. Все ответы неверны.

9. Укажите причины отсуствия изображения объекта при переходе с малого увеличения на большое.

А. Объектив большого увеличения не фиксирован.

В. Изучаемый объект не отцентрирован.

С.Нет фокусного расстояния. Д. Все ответы дополняют друг друга.

Е. Все ответы неверны.

10.С какого объектива начинается изучение объекта?

А. С иммерсионного объектива. В. С объектива большого увеличения.

С Со специального объектива. Д.Можно начинать с любого объектива

Е.С объектива малого увеличения.

2-тема. Строение клетки. Цитоплазма.

Клетка является элементарной структурной, функциональной и генетической единицей живого. Знания о структуре и функции клетки служат фундаментом для освоения морфологических и медико-биологических дисциплин. Врачи в своей практической деятельности используют данные цитологических исследований. По структуре клетки различаются на прокариотические и эукариотические.

К прокариотическим клеткам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. У них отсутствует ядро, вместо которого содержится одна кольцевидная хромосома.

Эукариотические клетки разделяются на простейшие (одноклеточные) и клетки многоклеточные (табл-2). На практических занятиях мы изучаем эукариотические клетки.

Форма клеток зависит от выполняемых функций. Например, сократительная функция мышечных клеток обеспечивается их вытянутый формой, длинные отростки нервных клеток определяют проводимость нервных импульсов.

Размеры клеток широко варьируют (от 2-3микрометров до 100 и более). Яйцеклетки некоторых организмов могут достигать до 10см. Лимфоциты и эритроциты человека относятся к мелким клеткам. Основными структурными компонентами эукриотической клетки являются: клеточная оболочка, цитоплазма и ядро . Клеточная оболочка окружает цитоплазму и отделяет ее от окружающей среды. В состав клеточной оболочки входят плазмолемма, надмембранные органические молекулы и субмембранные органоиды цитоскелета. У растительных клеток (рис.2.) надмембранный толстый слой состоит в основном из целлюлозы. У животных клеток (рис.3.) образуется надмембранный гликокаликс, состоящий из сложных гликопротеинов, толщина которого не превышает 10-20 нм.

Основу плазмолеммы составляет бимолекулярный липидный слой,белковые молекулы по разному погружены в этот липидный слой.

Функции плазмолеммы : защита цитоплазмы от факторов внешней среды, обеспечение транспорта веществ. Рецепторы плазмолеммы обеспечивают ответ клетки на действие гормонов и других биологически активных веществ.

Цитоплазма состоит из гиалоплазмы, органоидов, и включений . Гиалоплазма –матрикс цитоплазмы, сложная, бесцветная коллоидная система. В ней содержатся белки, РНК, липиды, полисахариды. В гиалоплазме обеспечивается транспорт веществ и их взаимодействие, буферные и осмотические свойства клетки.

Таблица-2

ЭУКАРИОТЫ

I.Поверхностный аппарат II.Цитоплазма III.Ядро

(клеточная оболочка)

Поверхностный аппарат

I.Плазмолемма II.Надмембранный комплекс III.Субмембранный

(гиалоплазма) опорно-сократительный

Состав аппарат

(по жидкостно- Состав

Мозаичной модели) а) ферменты

А) фосфолипидный б) гликопротеины а)микрофибриллы

Бислой б)микротрубочки

Б)белки Функции в)скелетные фибриллярные фибриллярные

В)липиды структуры

Г)гетерогенные

Макромолекулы рецепторная внеклеточное

Пищеварение

Участие в адгезии

Тема: Микроскоп Работа № 1. Устройство светового микроскопа

Оборудование: микроскоп, постоянный препарат, пенал.

Оформление работы: Записать устройство микроскопа, назначение его частей, правила работы.

Микроскоп – оптико-механический прибор, позволяющий увеличивать рассматриваемый предмет (объект, препарат).

В микроскопе различают оптическую и механическую системы.

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА:

Объектив – самая важная часть микроскопа, который привинчивается к нижней части тубуса. Объектив в микроскопе находится в непосредственной близости от рассматриваемого предмета, за что он и получил свое название. Он состоит из системы оптических линз, вставленных в латунную оправу, и требует весьма бережного обращения и тщательного ухода (никоим образом не следует надавливать объективом на лежащий на предметном столике препарат, так как это может вызвать повреждение или даже выпадение линзы).

Назначение объектива:

1) Строить в трубе микроскопа изображение, геометрически подобное изучаемому предмету.

2) Увеличивать изображение в то или иное число раз.

3) Выявлять подробности, недоступные невооруженному глазу. Объективы в количестве 2-3 штук ввинчиваются в особое приспособление, называемое револьвером (4).

Окуляр – вставляется в верхнюю часть тубуса. В него рассматривается изображение предмета (а не предмет), направленное объективом вверх. Он состоит из системы линз, вставленных в металлический цилиндр. Окуляр строит изображение, увеличивает его, но не выявляет подробности строения.

Конденсор – собирает и концентрирует в плоскости препарата весь свет, отраженный от зеркала. Конденсор состоит из цилиндра (оправы) внутри которого расположены 2 линзы. Поднимая и опуская конденсор можно регулировать освещение препарата.

Диафрагма – расположена в нижней части конденсора. Также как и конденсор служит для регулирования силы света.

Зеркало – служит для улавливания света от источника освещения. Оно подвижно прикреплено под столиком, вращаясь вокруг горизонтальной оси. Зеркало с одной стороны - плоское, с друзой - вогнутое.

МЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА:

основание (штатив) или массивная ножка (1); коробка с микромеханизмом (2) и микровинтом (3);

податочный механизм для грубой наводки – макровинт или кремальера (8); предметный столик (4);

винты (5, 6, 12, 13);

головка (9); револьвер (10); клеммы; тубус (11);

дуга или тубусодержвтель(7); Кремальера (макровинт) – служит для приблизительной «грубой» установки на фо-

Микровинт - служит для более тонкой и точной наводки.

Предметный столик – прикрепляется к передней части колонки, на которой помещают исследуемый предмет. На столике имеется 2 клеммы; с их помощью закрепляется препарат. Передвижение препарата осуществляется с помощью винтов, которые расположены сбоку столика.

Тубус – служит для соединения объектива и окуляра, и соединен со штативом таким образом, что может подниматься и опускаться. Передвижение тубуса осуществляется с помощью двух винтов: макрометрического и микрометрического.

Штатив – соединяет все вышеуказанные части микроскопа.

Определение общего увеличения микроскопа

Объектив			10х	15х

Определение фокусного расстояния

F8 = 0,9 см ~ 1 см

F40 = 1,2 мм ~ 1 мм

Вспомогательное оборудование (запомнить названия):

1. предметные и покровные стекла;

2. стаканчик или колбочка для воды, пипетка;

3. бритва (лезвие), препаровальные иглы;

4. полоски фильтровальной бумаги, салфетка.

Правила работы с микроскопом:

Работать с микроскопом следует без торопливых и резких движений. В работе с микроскопом соблюдайте чистоту и аккуратность. Оберегайте микроскоп от пыли и загрязнения.

1. Перенос микроскопа осуществляется двумя руками: одной рукой – за тубусодержатель, другой – снизу за основание.

2. Микроскоп устанавливается прямо перед работающим, напротив его левого глаза, и не перемещается.

3. С правой стороны располагаются необходимые инструменты, материалы и альбом для зарисовок.

4. Перед началом работы мягкой (желательно батистовой) тряпочкой протираются от пыли окуляр, объектив, зеркало.

5. Поставив микроскоп на постоянное место, опускаем при помощи микровинта тубус микроскопа, глядя при этом сбоку микроскопа, так, чтобы объектив малого увеличения находился на расстоянии ~ 1 см. от предметного стекла.

6. Каждый объект изучается сначала при малом увеличении, в затем переводят на большое.

7. Для освещения используются естественный свет, но не прямой, солнечный или электрический, лучше матовый.

8. Установка освещения:

а) удалить матовое стекло под конденсором; б)установить конденсор фронтальной линзой на уровень столика микроскопа (под-

нять его с помощью винта; в) открыть полностью диафрагму;

г) установить объектив малого увеличения; д) движением зеркала направить свет так, чтобы, пройдя через объектив, пучок све-

та полностью освещал плоскость входного зрачка объектива.

9. После установки освещения помещаем препарат на предметный столик, чтобы рассматриваемый объект находился под фронтальной линзой объектива малого увеличения. Затем снова опускаем тубус при помощи кремальеры так, чтобы между фронтальной линзой малого объектива и покровным стеклом препарата было расстояние 3-4 мм (при опускании тубуса нужно смотреть не в окуляр, а сбоку на объектив).

10. Глядя в окуляр левым глазом (не закрывая правый), плавно поворачиваем правой рукой винт кремальеры не себя, находим изображение, одновременно левой рукой придаем объекту выгодное положение.

11. Переходя на большое увеличение, переводим револьвер и на место малого увеличения ставим объектив 40 х . При большом увеличении, вращая микровинт, добиваются четкого изображения (вращают микровинт не более чем на пол-оборота). Помните, что при вращении микро- и макровинта по часовой стрелке тубус с объективами опускается вниз, а при обратном вращении поднимается.

12. После работы опять устанавливаем объектив малого увеличения.

13. Только при малом увеличении следует снимать препарат со столика микроскопа. Микроскоп после работы нужно протереть салфеткой и поместить под чехол.

Работа № 2. Работа с микроскопом на малом и большом увеличении.

Оформление работы: Записать технику приготовления препаратов.

Препараты и их приготовление.

Препараты могут быть временные и постоянные. При изготовлении временного препарата объект помещается в каплю прозрачной жидкости - воды или глицерина. Та-

кие препараты не подлежат долгому хранению. В том случае, когда объект исследования помещается в каплю горячего глицерин-желатина или канадского бальзама, затвердевающих при охлаждении. Получается постоянный препарат, который может храниться годами.

На практических занятиях по анатомии растений студенты пользуются как постоянными, так и временными препаратами, изготовленными ими самостоятельно. Для изготовления временного препарата необходимо:

o с помощью пипетки нанести каплю воды или глицерина в центр предметного стекла; o препаровальной иглой поместить объект в каплю приготовленной жидкости;

o осторожно накрыть объект тонким (хрупким) покровным стеклом. Сверху покровное стекло должно оставаться сухим, т.е. вода не должна выходить за его пределы. Избыток воды удаляется с помощью полоски фильтровальной бумаги. Если же жидкости под стеклом мало, можно добавить ее, подведя пипетку к краю покровного стекла, не поднимая его.

o в препарате часто оказываются пузырьки воздуха, которые попадают в него вместе с объектом или при резком, неосторожном опускании покровного стекла и своими контурами мешают изучению объекта. Удалить их можно добавлением воды с одной стороны покровного стекла с одновременным удалением ее с противоположной стороны или легким постукиванием препаровальной иглой по покровному стеклу, держа препарат почти вертикально.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ШКОЛЕ

Полученные знания и практические навыки используются в школьном курсе биологии на уроке «Знакомство с увеличительными приборами» и в процессе преподавания всего курса ботаники и других биологических дисциплин.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ : Выучить устройство микроскопа, правила работы с ним и технику приготовления препаратов.

Существуют различные модели учебных и исследовательских световых микроскопов. Подобные микроскопы позволяют определить форму клеток микроорганизмов, их размер, подвижность, степень морфологической гетерогенности, а также способность микроорганизмов к дифференцирующему окрашиванию.

Успех наблюдения объекта и надежность получаемых результатов зависят от хорошего знания оптической системы микроскопа.

Рассмотрим устройство и внешний вид биологического микроскопа, модель XSP–136 (Ningbo teaching instrument Co., LTD), работу его составных частей. Микроскоп имеет механическую и оптическую части (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 –Устройство и внешний вид микроскопа

Механическая часть биологического микроскопа включает штатив с предметным столиком; бинокулярную насадку; рукоятку грубой настройки на резкость; рукоятку точной настройки на резкость; рукоятки перемещения предметного столика вправо/влево, вперед/назад; револьверное устройство.

Оптическая часть микроскопа включает осветительный аппарат, конденсор, объективы и окуляры.

Описание и работа составных частей микроскопа

Объективы. Объективы (тип ахроматы), входящие в комплект микроскопа, рассчитаны на механическую длину тубуса микроскопа 160 мм, линейное поле зрения в плоскости изображения 18 мм и толщину покровного стекла 0,17 мм. На корпусе каждого объектива нанесено линейное увеличение, например, 4х; 10х; 40х; 100х и, соответственно, указана числовая апертура 0,10; 0,25; 0,65; 1,25, а также цветовая маркировка.

Бинокулярная насадка. Бинокулярная насадка обеспечивает визуальное наблюдение изображения объекта; устанавливается в гнездо штатива и закрепляется винтом.

Установка расстояния между осями окуляров в соответствии с глазной базой наблюдателя осуществляется разворотом корпусов с окулярными тубусами в диапазоне от 55 до 75 мм.

Окуляры. В комплект микроскопа входят два широкоугольных окуляра с увеличением 10х.

Револьверное устройство. Четырехгнездное револьверное устройство обеспечивает установку объективов в рабочее положение. Смена объективов производится вращением рифленого кольца револьверного устройства до фиксированного положения.

Конденсор. В комплект микроскопа входит конденсор светлого поля Аббе с ирисовой диафрагмой и фильтром, числовая апертура А=1,25. Конденсор устанавливается в кронштейн под предметным столиком микроскопа и закрепляется винтом. В конденсоре светлого поля имеется ирисовая апертурная диафрагма и откидная оправа для установки светофильтра.

Осветительное устройство. Для получение равномерно освещенного изображения объектов в микроскопе имеется осветительное светодиодное устройство. Включение осветителя осуществляется с помощью выключателя, расположенного на задней поверхности основания микроскопа. Вращая диск регулировки накала лампы, расположенный на боковой поверхности основания микроскопа слева от наблюдателя, можно изменять яркость освещения.

Фокусировочный механизм. Фокусировочный механизм расположен в штативе микроскопа. Фокусирование на объект производится перемещением по высоте предметного столика вращением рукояток, расположенных по обеим сторонам штатива. Грубое перемещение осуществляется рукояткой большего размера, точное перемещение – рукояткой меньшего размера.

Предметный столик. Предметный столик обеспечивает перемещение объекта в горизонтальной плоскости. Диапазон перемещения столика равен 70x30 мм. Объект крепится на поверхности столика между держателем и прижимом препаратоводителя, для чего прижим отводится в сторону.

Работа с микроскопом

Перед началом работы с препаратами необходимо правильно настроить освещение. Это позволяет добиться максимального разрешения и качества изображения микроскопа. Для работы с микроскопом следует отрегулировать раскрытие окуляров таким образом, чтобы два изображения слились в одно. Кольцо диоптрийной коррекции на правом окуляре следует установить «на ноль», если острота зрения обоих глаз одинакова. В противном случае необходимо выполнить общую наводку на резкость, после чего закрыть левый глаз и добиться максимальной резкости для правого, вращая кольцо коррекции.

Исследование препарата рекомендуется начинать с объектива наименьшего увеличения, который используется в качестве поискового при выборе участка для более подробного изучения, затем можно переходить к работе с более сильными объективами.

Убедитесь в том, что объектив 4х готов к работе. Это поможет вам установить предметное стекло на место, а также разместить объект для исследования. Поместите предметное стекло на предметный столик и осторожно зажмите его при помощи пружинных держателей.

Подсоедините сетевой шнур и включите микроскоп.

Всегда начинайте исследование с объективом 4х. Для достижения четкости и резкости изображения исследуемого объекта используйте рукоятки грубой и точной фокусировки. Если при помощи слабого объектива 4х было получено желаемое изображение, поверните револьверное устройство на следующее большее значение 10х. Револьвер должен зафиксироваться в нужном положении.

Наблюдая за объектом в окуляр, поверните рукоятку (большого диаметра) грубой фокусировки. Чтобы получить наиболее четкое изображение используйте рукоятку (маленького диаметра) четкой фокусировки.

Чтобы контролировать поток света, проходящего через конденсор, можно открыть или закрыть ирисовую диафрагму, расположенную под предметным столиком. Изменяя настройки, можно добиться наиболее четкого изображения исследуемого объекта.

Во время фокусировки не следует допускать соприкосновения объектива с объектом исследования. При увеличении объектива до 100х объектив располагается очень близко к предметному стеклу.

Правила обращения и ухода за микроскопом

1 Микроскоп необходимо содержать в чистоте и предохранять от повреждений.

2 Для сохранения внешнего вида микроскопа, его необходимо периодически протирать мягкой салфеткой, слегка пропитанной бескислотным вазелином, предварительно удалив пыль, а затем вытирать сухой мягкой чистой салфеткой.

3 Металлические детали микроскопа необходимо содержать в чистоте. Для чистки микроскопа следует использовать специальные смазочные некоррозирующие жидкости.

4 Для предохранения оптических деталей визуальной насадки от пыли необходимо оставлять окуляры в окулярных тубусах.

5 Нельзя касаться пальцами поверхностей оптических деталей. В случае если на линзу объектива попала пыль, ее следует удалить пыль при помощи вентилятора или кисточки. В случае если пыль проникла внутрь объектива и на внутренних поверхностях линз образовался мутный налет, необходимо отправить объектив для чистки в оптическую мастерскую.

6 Во избежание нарушения юстировки необходимо предохранять микроскоп от толчков и ударов.

7 Во избежание попадания пыли на внутреннюю поверхность линз микроскоп необходимо хранить под чехлом или в упаковке.

8 Не следует самостоятельно разбирать микроскоп и его составные для устранения неисправностей.

Меры безопасности

При работе с микроскопом источником опасности является электрический ток. Конструкция микроскопа исключает возможность случайного соприкосновения к токоведущим частям, находящимся под напряжением.

Микроскоп (от греч. mikros - малый и skopeo - смотрю) - оптический прибор для получения увеличенного изображения мелких объектов и их деталей, невидимых невооруженным глазом.

Первый из известных микроскопов был создан в 1590 году в Нидерландах потомственными оптиками Захарием и Хансом Янсенами , смонтировавшими две выпуклые линзы внутри одной трубки. Позднее Декарт в своей книге "Диоптрика" (1637) описал более сложный микроскоп, составленный из двух линз - плоско-вогнутой (окуляр) и двояковыпуклой (объектив). Дальнейшее же совершенствование оптики позволило Антони ван Левенгуку в 1674 г. изготовить линзы с увеличением, достаточным для проведения простых научных наблюдений и впервые в 1683 году описать микроорганизмы.

Современный микроскоп (рисунок 1) состоит из трех основных частей: оптической, осветительной и механической.

Основными деталями оптической части микроскопа являются две системы увеличительных линз: обращенный к глазу исследователя окуляр и обращенный к препарату объектив. Окуляры имеют две линзы, верхняя из которых называется главной, а нижняя собирательной. На оправе окуляров обозначают производимое ими увеличение (×5, ×7, ×10, ×15). Количество окуляров у микроскопа может быть различным, в связи с чем различат монокулярные и бинокулярные микроскопы (предназначены для наблюдения за объектом одним или двумя глазами), а также тринокуляры , позволяющие подключать к микроскопу системы документирования (фото- и видеокамеры).

Объективы представляют собой систему линз, заключенных в металлическую оправу, из которых передняя (фронтальная) линза производит увеличение, а лежащие за ней коррекционные линзы устраняют недостатки оптического изображения. На оправе объективов цифрами также указано производимое ими увеличение (×8, ×10, ×40, ×100). Большинство моделей, предназначенных для микробиологических исследований, имеют в комплекте несколько объективов с разными степенями увеличения и поворотный механизм, предназначенный для их быстрой смены - турель , часто называемый «револьверной головкой ».

Осветительная часть предназначена для создания светового потока, который позволяет осветить объект таким образом, чтобы оптическая часть микроскопа предельно точно выполняла свои функции. Осветительная часть в прямых микроскопа проходящего света расположена за объектом под объективом и включает в себя источник света (лампу и электрический блок питания) и оптико-механическую систему (конденсор, полевую и апертурную регулируемую диафрагмы). Конденсор состоит из системы линз, которые предназначены для собирания идущих от источника света лучей в одной точке - фокусе , которая должна находиться в плоскости рассматриваемого объекта. В свою очередь диафрагма расположена под конденсором и предназначена для регулирования (увеличения или уменьшения) потока лучей, проходящих от источника света.

Механическая часть микроскопа содержит детали, объединяющие описанные выше оптическую и осветительную части, а также позволяющие размещать и перемещать исследуемый препарат. Соответственно, механическая часть состоит из основания микроскопа и держателя , к верхней части которого прикрепляются тубус - полая трубка, предназначенная для размещения объектива, а также упомянутая выше револьверная головка. Ниже находится предметный столик , на который устанавливаются предметные стекла с исследуемыми образцами. Предметный столик может перемещаться в горизонтальной плоскости с использованием соответствующего устройства, а также вверх и вниз, что обеспечивает настройку резкости изображения с помощью грубого (макрометрического) и точного (микрометрического) винтов.

Увеличение, которое дает микроскоп, определяется произведением увеличения объектива на увеличение окуляра. Кроме светопольной микроскопии широкое применение в специальных методах исследования плучили: темнопольная, фазово-контрастная, люминесцентная (флюоресцентная) и электронная микроскопия.

Первичная (собственная) флюоресценция возникает без специальной обработки препаратов и присуща ряду биологически активных веществ, таких, как ароматические аминокислоты, порфирины, хлорофилл, витамины А, В2, В1 , некоторые антибиотики (тетрациклин) и химиотерапевтические вещества (акрихин, риванол). Вторичная (наведенная) флюоресценция возникает в результате обработки микроскопируемых объектов флюоресцирующими красителями - флюорохромами. Некоторые из этих красителей диффузно распределяются в клетках, другие избирательно связываются с определёнными структурами клеток или даже с определёнными химическими веществами.

Для проведения данного вида микроскопии используются специальные люминесцентные (флюоресцентные) микроскопы , отличающиеся от обычного светового микроскопа наличием мощного источника освещения (ртутно-кварцевая лампа сверхвысокого давления или галогеновая кварцевая лампа накаливания), излучающего преимущественно в длинноволновой ультрафиолетовой или коротковолновой (сине-фиолетовой) области видимого спектра.

Данный источник используется для возбуждения флюоресценции, прежде, чем испускаемый им свет проходит через специальный возбуждающий (сине-фиолетовый) светофильтр и отражается интерференционной светоделительной пластинкой , почти полностью отсекающими более длинноволновое излучение и пропускающими только ту часть спектра, которая возбуждает флюоресценцию. При этом в современных моделях люминесцентных микроскопов возбуждающее излучение попадает на препарат через объектив (!) После же возбуждения флюоресценции возникающий свет вновь попадает в объектив, после чего проходит через расположенный перед окуляром запирающий (желтый) светофильтр , отсекающий коротковолновое возбуждающее излучение и пропускающий свет люминесценции от препарата к глазу наблюдателя.

В силу использования подобной системы светофильтров интенсивность свечения наблюдаемого объекта обычно невелика, в связи с чем люминесцентную микроскопию следует проводить в специальных затемненных помещениях .

Важным требованием при выполнении данного вида микроскопии является также применение нефлюоресцирующих иммерсионных и заключающих сред . В частности, для гашения собственной флюоресценции кедрового или иного иммерсионного масла к нему добавляют небольшие количества нитробензола (от 2 до 10 капель на 1 г). В свою очередь в качестве заключающих сред для препаратов могут быть использованы буферный раствор глицерина, а также нефлюоресцирующие полимеры (полистирол, поливиниловый спирт). В остальном при проведении люминесцентной микроскопии применяют обычные предметные и покровные стёкла, пропускающие излучение в используемой части спектра и не обладающие собственной люминесценцией.

Соответственно, важными преимуществами люминесцентной микроскопии являются:

1) цветное изображение;

2) высокая степень контрастности самосветящихся объектов на черном фоне;

3) возможность исследования клеточных структур, избирательно поглощающих различные флуорохромы, являющиеся при этом специфическими цитохимическими индикаторами;

4) возможность определения функционально-морфологических изменений клеток в динамике их развития;

5) возможность специфического окрашивания микроорганизмов (с использованием иммунофлюоресценции).

Электронная микроскопия

Теоретические основы использования электронов для наблюдения микроскопических объектов были заложены У. Гамильтоном , установившим аналогию между прохождением световых лучей в оптически неоднородных средах и траекториями частиц в силовых полях, а также де Бройлем , выдвинувшим гипотезу о существовании у электрона одновременно корпускулярных и волновых свойств.

При этом, благодаря чрезвычайно малой длине волны электронов, которая уменьшается в прямой зависимости от подаваемого ускоряющего напряжения, теоретически рассчитанный предел разрешения , характеризующий способность прибора отобразить раздельно мелкие, максимально близко расположенные детали объекта, у электронного микроскопа составляет 2-3 Å (Ангстрем , где 1Å=10 -10 м), что в несколько тысяч раз выше, чем у оптического микроскопа. Первое изображение объекта, сформированное пучками электронов, было получено в 1931г. немецкими учеными М. Кноллем и Э. Руска .

В конструкциях современных электронных микроскопов источником электронов служит металл (обычно вольфрам), из которого после его нагревания до 2500 ºС в результате термоэлектронной эмиссии испускаются электроны. С помощью электрических и магнитных полей формирующийся поток электронов можно ускорять и замедлять, а также отклонять в любых направлениях и фокусировать. Таким образом, роль линз в электронном микроскопе играет совокупность соответствующим образом рассчитанных магнитных, электростатических и комбинированных устройств, называемых «электронными линзами» .

Необходимым условием перемещения электронов в виде пучка на большое расстояние является также создание на их пути вакуума , поскольку в этом случае средняя длина свободного пробега электронов между столкновениями с газовыми молекулами будет значительно превышать расстояние, на которое они должны перемещаться. Для этих целей достаточно поддерживать в рабочей камере отрицательное давление приблизительно 10 -4 Па.

По характеру исследования объектов электронные микроскопы разделяют на просвечивающие, отражательные, эмиссионные, растровые, теневые и зеркальные , среди которых первые два являются наиболее часто используемыми.

Оптическая схема просвечивающего (трансмиссионного) электронного микроскопа полностью эквивалентна соответствующей схеме оптического микроскопа, в котором световой луч заменяется электронным лучом, а системы стеклянных линз заменяются системами электронных линз. Соответственно, просвечивающий электронный микроскоп состоит из следующих основных узлов: осветительной системы, камеры объекта, фокусирующей системы и блока регистрации конечного изображения , состоящего из фотокамеры и флуоресцирующего экрана.

Все эти узлы соединены друг с другом, образуя так называемую «колонну микроскопа», внутри которой поддерживается вакуум. Другим важным требованием, предъявляемым к исследуемому объекту, является его толщина менее чем 0,1 мкм. Окончательное же изображение объекта формируется после соответствующей фокусировки прошедшего сквозь него пучка электронов на фотопленке или флюоресцирующем экране , покрытом специальным веществом - люминофором (аналогичен экрану в кинескопах телевизоров) и превращающем электронное изображение в видимое.

При этом образование изображения в просвечивающем электронном микроскопе связано главным образом с различной степенью рассеяния электронов различными участками исследуемого образца и в меньшей мере с различием в поглощении электронов этими участками. Контраст усиливают также, применяя «электронные красители » (четырёхокись осмия, уранил и др.), избирательно связывающиеся с некоторыми участками объекта. Устроенные подобным образом современные просвечивающие электронные микроскопы обеспечивают максимальное полезное увеличение до 400000 раз, что соответствует разрешающей способности в 5,0 Å. Выявляемое с использованием просвечивающей электронной микроскопии тонкое строение бактериальных клеток называют ультраструктурой .

В отражательном (сканирующем) электронном микроскопе изображение создается с помощью электронов, отраженных (рассеянных) поверхностным слоем объекта при его облучении под малым углом (приблизительно несколько градусов) к поверхности. Соответственно, образование изображения обусловлено различием рассеяния электронов в разных точках объекта в зависимости от его поверхностного микрорельефа, а сам результат подобной микроскопии предстает в виде структуры поверхности наблюдаемого объекта. Контрастность может быть усилена напылением на поверхность объекта частиц металла. Достигнутая разрешающая способность микроскопов такого типа составляет порядка 100 Å.