مضان منخفض التكلفة وتصميم المجهر الميداني الساطع
المجهر الفلوري هو طريقة تستخدم لتصور
في هذا الدليل، سأقوم بمراجعة أساسيات الفحص المجهري الفلوري وكيفية بناء ثلاثة مجاهر مختلفة منخفضة التكلفة. تكلف هذه الأنظمة عادة آلاف الدولارات، ولكن كانت هناك بعض الجهود الأخيرة لجعلها أكثر سهولة في الوصول إليها. تستخدم التصميمات التي أقدمها هنا هاتفًا ذكيًا وكاميرا dSLR ومجهر USB. يمكن أيضًا استخدام كل هذه التصميمات كمجاهر ذات مجال مشرق.
الخطوة 1: نظرة عامة على الفحص المجهري الفلوري
لفهم المفاهيم الأساسية للفحص المجهري الفلوري، تخيل غابة كثيفة في الليل، بها أشجار وحيوانات وشجيرات وغابات حية أخرى. إذا أشعلت شعلة في الغابة، فسوف ترى كل هذه الهياكل وستجد صعوبة في تصور حيوانات أو نباتات معينة. لنفترض أنك مهتم فقط برؤية شجيرات التوت في الغابة. للقيام بذلك، عليك تدريب اليراع على الانجذاب إلى شجيرات التوت فقط، بحيث عندما تنظر إلى الغابة، تضيء شجيرات التوت فقط. يمكنك القول إنك تستخدم اليراعات لتحديد شجيرات التوت حتى تتمكن من رؤية هياكل التوت في الغابة.
في هذا التشبيه، تمثل الغابة العينة بأكملها، وتمثل شجيرات التوت الهياكل التي تريد تصورها (على سبيل المثال، خلايا معينة أو عضيات تحت خلوية)، واليراعات عبارة عن مركبات فلورية. إن إضاءة الشعلة بمفردها بدون اليراعات تشبه الفحص المجهري للمجال الساطع.
والخطوة التالية هي فهم الوظيفة الأساسية لمركبات الفلورسنت (المعروفة أيضًا باسم الفلوروفور). الفلوروفورات هي في الواقع أجسام صغيرة (نانوية الحجم) مصممة لربط هياكل محددة في العينة. إنها تمتص نطاقًا ضيقًا من الأطوال الموجية للضوء وتعيد إصدار طول موجي آخر من الضوء. على سبيل المثال، قد يمتص الفلوروفور الضوء الأزرق (أي يتم تحفيز الفلوروفور بالضوء الأزرق) ثم يعيد إصدار الضوء الأخضر. يتم تلخيص ذلك عادةً من خلال أطياف الإثارة والانبعاث (أعلاه). توضح هذه المخططات الطول الموجي للضوء الذي يمتصه الفلوروفور والطول الموجي للضوء المنبعث من الفلوروفور.
تصميم المجهر مشابه جدًا لتصميم المجهر العادي، مع وجود اختلافين رئيسيين. أولاً، يجب أن يكون الضوء الذي يضيء العينة عند الطول الموجي الذي يثير الفلوروفور (على سبيل المثال أعلاه، الضوء أزرق). ثانيًا، يحتاج المجهر فقط إلى جمع الضوء المنبعث (الضوء الأخضر) أثناء حجب الضوء الأزرق. وذلك لأن الضوء الأزرق موجود في كل مكان، لكن الضوء الأخضر يأتي فقط من هياكل محددة في العينة. لحجب الضوء الأزرق، عادةً ما تحتوي المجاهر على ما يسمى مرشح التمرير الطويل الذي يسمح للضوء الأخضر بالمرور دون الضوء الأزرق. كل مرشح تمرير طويل له طول موجي مقطوع. إذا كان للضوء طول موجي أطول من الطول الموجي المقطوع، فيمكنه المرور عبر المرشح. ومن هنا جاء اسم "التمريرة الطويلة". يتم حظر الأطوال الموجية الأقصر.
الخطوة الثانية: نمذجة المجهر باستخدام البصريات الضوئية
هذه خطوة إضافية للمبادئ الأساسية لتصميم المجهر. ليست هناك حاجة لبناء مجهر مضان، لذا يمكنك تخطيه إذا كنت لا ترغب في التعمق في علم البصريات.
يمكن نمذجة كل من المجاهر الساطعة والمجاهر الفلورية باستخدام بصريات الأشعة. الفرضية الأساسية لبصريات الأشعة هي أن الضوء يتصرف بشكل مشابه للضوء الذي ينتقل بعيدًا عن مصدر الضوء. عندما تنظر حولك في الغرفة، ترى الضوء من ضوء الشمس خارج النافذة أو من المصباح الكهربائي. ثم يتم امتصاص الضوء أو عكسه بواسطة الأشياء الموجودة في الغرفة. يؤدي بعض الضوء المنعكس إلى توجيهه نحو عينيك. إذا كان الجسم مضاءً، يمكنك أن تتخيل كل نقطة على الجسم تبعث الضوء في جميع الاتجاهات (أعلاه). تقوم العدسة، مثل العدسة الموجودة في أعيننا، بتركيز الضوء إلى نقطة معينة حتى نتمكن من رؤية الجسم. بدون عدسة، يستمر الضوء في السفر إلى الخارج ولا يشكل صورة.
فكيف نصنع أنظمة بصرية تعمل على تكبير الأجسام الصغيرة؟ لكي تفهم التصميم، ما عليك سوى معرفة معادلتين: معادلتي التصوير بالعدسة الرقيقة والتكبير:
1/و=1/si + 1/so
م=-سي/سو
f هو البعد البؤري للعدسة. الطول البؤري الأقصر يعني أن العدسة لديها قوة تركيز أكبر.
وينطبق الشيء نفسه على مسافة الجسم؛ المسافة بين العدسة والجسم (مثلا شجرة).
si هي مسافة الصورة؛ المسافة بين العدسة ومكان تشكل الصورة
M هو التكبير. مدى حجم الصورة بالنسبة للكائن. بالنسبة للمجاهر، نريد زيادة التكبير.
للحصول على برنامج تعليمي كامل حول معادلة العدسات الرقيقة، شاهد فيديو Khan Academia هذا. في الصورة المتحركة أعلاه، يمكنك أن ترى أن المسافة التي يتحركها الجسم بالقرب من العدسة تزيد من مسافة الصورة، مما يزيد من التكبير. يشير الخط العمودي ذو السهمين إلى العدسة.
