Евтин флуоресцентен и светло полеви микроскопски дизайн
В това ръководство ще прегледам основните принципи на флуоресцентната микроскопия и как да конструирам три различни евтини флуоресцентни микроскопа. Тези системи обикновено струват хиляди долари, но последните усилия ги направиха по-лесни за получаване. Дизайнът, който представям тук, използва смартфони, dSLR и USB микроскопи. Всички тези дизайни могат да се използват и като микроскопи с открито поле.
Стъпка 1: Преглед на флуоресцентната микроскопия
За да разберете основните концепции на флуоресцентната микроскопия, представете си гъстите гори, дървета, животни, храсти и други гори, които живеят в гората през нощта. Ако насочите фенерче към гората, ще видите всички тези структури и е трудно да си представите конкретни животни или растения. Ако приемем, че се интересувате само от боровинкови храсти в гората. За да постигнете това, трябва да обучите светулките да бъдат привлечени само от боровинкови храсти, така че когато погледнете гората, да светят само боровинкови храсти. Можете да кажете, че сте маркирали боровинковите храсти със светулки, така че можете да видите боровинковите структури в гората.
В тази аналогия гората представлява цялата проба, боровинковият храст представлява структурата, която искате да визуализирате (като специфични клетки или субклетъчни органели), а светулките са флуоресцентни съединения. Ситуацията на снимане с фенерче без светулки е подобна на микроскоп със светло поле.
Следващата стъпка е да разберете основните функции на флуоресцентните съединения (известни също като флуорофори). Флуоресцентните клъстери всъщност са малки обекти (наномащаб), предназначени да свързват специфични структури в пробата. Те абсорбират светлина с тесен диапазон от дължини на вълната и повторно излъчват светлина с друга дължина на вълната. Например, флуоресцентна група може да абсорбира синя светлина (т.е. флуоресцентната група се възбужда от синя светлина) и след това отново да излъчва зелена светлина. Обикновено това се обобщава чрез спектри на възбуждане и излъчване (както е показано на фигурата по-горе). Тези диаграми показват дължините на вълните на светлината, абсорбирана от флуорофора, и дължините на вълните на светлината, излъчвана от флуорофора.
Дизайнът на микроскопа е много подобен на този на обикновен микроскоп с открито поле, с две основни разлики. Първо, светлината, осветяваща пробата, трябва да бъде с дължината на вълната на възбудената флуоресцентна група (за горния пример светлината е синя). Второ, микроскопът трябва само да събира излъчваната светлина (зелена светлина), докато блокира синята светлина. Това е така, защото синята светлина е навсякъде, но зелената идва само от специфични структури в пробата. За да блокират синята светлина, микроскопите обикновено имат нещо, наречено дългопропускащ филтър, който позволява на зелената светлина да преминава без синя светлина. Всеки дългопропускащ филтър има гранична дължина на вълната. Ако дължината на вълната на светлината е по-голяма от граничната дължина на вълната, тя може да премине през филтър. Следователно името е "Long Distance Pass". По-късите дължини на вълните са блокирани.
Стъпка 2: Моделиране на микроскоп с помощта на оптична оптика
Това е допълнителна стъпка в проектирането на основния принцип на микроскопа. Няма нужда да създавате флуоресцентен микроскоп, така че ако не искате да се задълбочавате в оптиката, можете да го пропуснете.
Както микроскопите със светло поле, така и флуоресцентните микроскопи могат да бъдат моделирани с помощта на лъчеви оптични устройства. Основната предпоставка на лъчевата оптика е, че поведението на светлината е подобно на това на светлината, която се разпространява далеч от светлинен източник. Когато се огледате из стаята, ще видите слънчевата светлина извън прозореца или светлината, донесена от електрическата крушка. Тогава светлината се поглъща или отразява от предметите в стаята. Малко отразена светлина ще го накара да се обърне към очите ви. Ако даден обект е осветен, можете да си представите всяка точка от обекта, излъчваща светлина във всички посоки (както е показано на изображението по-горе). Лещата, подобно на лещата в очите ни, фокусира светлината до точка, така че да можем да видим обекта. Без леща светлината продължава да се разпространява навън и не образува изображение.
