광학 현미경

광학 현미경이라고도 불리는 광학 현미경은 작은 물체의 확대된 이미지를 만들기 위해 가시광선과 렌즈 시스템을 사용하는 현미경의 한 종류이다.광학 현미경은 현미경의 가장 오래된 디자인이며 아마도 17세기에 현재의 복합 형태로 발명되었을 것이다.기본 광학 현미경은 매우 단순할 수 있지만, 많은 복잡한 디자인은 분해능과 샘플 대비 향상을 목표로 합니다.

그 물체는 무대 위에 놓이고 현미경의 하나 또는 두 개의 접안경을 통해 직접 볼 수 있다.고배율 현미경에서는 일반적으로 두 접안경이 동일한 이미지를 보여주지만 스테레오 현미경에서는 약간 다른 이미지를 사용하여 3D 효과를 만듭니다.카메라는 일반적으로 이미지(마이크로그래프)를 캡처하는 데 사용됩니다.

샘플은 다양한 방법으로 점등할 수 있습니다.투명 물체는 아래에서 점등할 수 있으며, 고체 물체는 대물렌즈를 통해 들어오는 빛(밝은 영역) 또는 주변(어두운 영역)으로 점등할 수 있습니다.편광은 금속 물체의 결정 방향을 결정하기 위해 사용될 수 있다.위상 대비 이미징을 사용하여 서로 다른 굴절률의 작은 세부 사항을 강조 표시하여 영상 대비를 높일 수 있습니다.

배율이 다른 다양한 대물 렌즈가 보통 터렛에 장착되어 있어 제자리에 회전할 수 있고 줌인할 수 있습니다.광학 현미경의 최대 배율은 가시광선의 분해능이 제한적이기 때문에 일반적으로 약 1000배로 제한됩니다.확대는 가능하지만 개체의 추가 세부 정보는 확인되지 않습니다.

가시광선을 사용하지 않는 광학 현미경의 대안으로는 주사 전자 현미경과 투과 전자 현미경과 주사 프로브 현미경이 있으며, 그 결과 훨씬 더 큰 배율을 달성할 수 있다.

종류들

광학 현미경에는 두 가지 기본적인 유형이 있습니다: 단순 현미경과 복합 현미경입니다.단순 현미경은 배율을 위해 단일 렌즈 또는 렌즈군의 광파워를 사용합니다.복합 현미경은 물체의 훨씬 더 높은 배율을 달성하기 위해 렌즈 시스템(다른 것에 의해 생성된 이미지를 확대하는 한 세트)을 사용합니다.현대 연구 현미경의 대부분은 복합 현미경이지만, 일부 저렴한 시판 디지털 현미경은 단순한 단일 렌즈 현미경이다.복합 현미경은 광학 구성, 비용 및 용도가 다른 다양한 유형의 현미경으로 더 나눌 수 있습니다.

단순 현미경

간단한 현미경은 렌즈 또는 렌즈 세트를 사용하여 각도 확대만으로 물체를 확대함으로써 보는 사람에게 직립 확대된 가상 ^[1][2]이미지를 제공합니다.단일 볼록 렌즈 또는 렌즈 그룹의 사용은 망원경 및 현미경용 돋보기, 루프 및 접안경과 같은 간단한 확대 장치에서 찾을 수 있습니다.

복합 현미경

복합 현미경은 보는 물체에 가까운 렌즈를 사용하여 현미경 안에 있는 물체의 실제 이미지(이미지 1)에 초점을 맞추는 빛(대물 렌즈라고 함)을 수집합니다.그런 다음 이 이미지는 두 번째 렌즈 또는 렌즈 그룹(접안렌즈라고 함)에 의해 확대되며, 이를 통해 시청자는 물체의 확대된 반전 가상 이미지(이미지 2)^[3]를 얻을 수 있습니다.복합 목적/에이펙스 조합을 사용하면 훨씬 더 높은 배율을 실현할 수 있습니다.일반적인 복합 현미경에는 대물렌즈가 교환 가능한 것이 특징인 경우가 많아 사용자가 배율을 ^[3]빠르게 조절할 수 있습니다.복합 현미경을 사용하면 위상 대비와 같은 고급 조명 설정도 가능합니다.

기타 현미경 변종

특수 목적을 위한 복합 광학 현미경 설계에는 많은 변형이 있습니다.이들 중 일부는 특정 목적을 위한 전문화를 가능하게 하는 물리적 설계의 차이입니다.

• 스테레오 현미경, 일반적으로 해부에 사용되는 샘플을 입체적으로 볼 수 있는 저배율 현미경입니다.
• 두 개의 별도 광로가 있는 비교 현미경. 각 눈에 있는 하나의 이미지를 통해 두 샘플을 직접 비교할 수 있습니다.
• 아래에서 샘플을 연구하기 위한 역현미경.액체 내 세포 배양 또는 야금학에 도움이 됩니다.
• 커넥터 단면 검사용으로 설계된 광섬유 커넥터 검사 현미경
• 광학 분해능이 높은 샘플을 연구하기 위한 이동 현미경.

다른 현미경 변형은 다양한 조명 기법에 맞게 설계되었습니다.

• 광학 특성이 방향에 따라 변할 수 있는 광물 또는 기타 결정 재료의 연구를 용이하게 하기 위해 일반적으로 편광 필터, 회전 스테이지 및 석고판을 포함하는 설계인 석유 현미경.
• 편광 현미경, 석유 현미경과 비슷합니다.
• 위상 대비 현미경 - 위상 대비 조명 방법을 적용합니다.
• 형광구를 포함한 샘플 분석을 위해 설계된 에피 형광 현미경.
• 공초점 현미경, 주사 레이저를 사용하여 형광 샘플을 비추는 에피 형광 조명의 널리 사용되는 변형입니다.
• 투광자 현미경. 산란 매체에서 형광을 더 깊게 촬영하고 특히 살아있는 샘플에서 광 표백을 줄이는 데 사용됩니다.
• 학생용 현미경– 제어가 심플한 저배율 현미경이며, 때때로 저품질 광학 장치로 학교에서 사용하거나 ^[4]어린이용 시동 기기로 설계되었습니다.
• 초미세현미경, 가시광선의 파장(약 500나노미터)보다 직경이 작거나 가까운 작은 입자를 볼 수 있도록 광산란을 사용하는 적응형 광현미경.대부분 전자현미경의 출현으로 구식이다.
• 팁 인핸스드 라만 현미경은 팁 인핸스드 라만 분광법에 기초한 광학 현미경의 변형으로 기존의 파장 기반 분해능 한계가 ^[5][6]없습니다.이 현미경은 주로 모든 광학 도구를 사용하는 주사 프로브 현미경 플랫폼에서 실현되었습니다.

디지털 현미경

디지털 현미경은 컴퓨터로 샘플을 관찰할 수 있는 디지털 카메라를 갖춘 현미경이다.또한 현미경은 다양한 수준의 자동화를 통해 부분 또는 전체를 컴퓨터로 제어할 수 있습니다.디지털 현미경 검사를 통해 현미경 이미지를 더 잘 분석할 수 있습니다. 예를 들어, 거리와 면적의 측정, 형광 또는 조직학적 얼룩의 정량화 등이 있습니다.

저전력 디지털 현미경, USB 현미경도 시판되고 있습니다.이것들은 기본적으로 고배율 매크로 렌즈를 탑재한 웹 카메라이며, 일반적으로 투광 조명 기능을 사용하지 않습니다.이미지가 모니터에 직접 표시되도록 컴퓨터의 USB 포트에 직접 연결된 카메라.접안경을 사용할 필요 없이 적당한 배율(최대 200배)로 매우 저렴합니다.일반적으로 고출력 조명은 카메라 렌즈에 인접한 LED 소스에 의해 제공됩니다.

민감한 광자 계수 디지털 카메라를 사용하여 취약한 생물학적 샘플의 손상을 방지하기 위해 매우 낮은 광도의 디지털 현미경을 사용할 수 있다.얽힌 광자 쌍을 제공하는 광원이 가장 빛에 민감한 샘플의 손상 위험을 최소화할 수 있다는 것이 입증되었다.광자 희박 현미경에 대한 이 고스트 이미징 적용에서 샘플은 적외선 광자로 조명되며, 각각은 광자 계수 카메라에 ^[7]의한 효율적인 이미징을 위해 가시 대역의 얽힌 파트너와 공간적으로 상관된다.

역사

발명.

최초의 현미경은 제한된 배율을 가진 단일 렌즈 돋보기였는데, 적어도 ^[8]13세기에 안경에 렌즈가 널리 사용되었을 때부터 거슬러 올라간다.

복합 현미경은 1620년경 유럽에서^[9][10] 처음 나타났는데, 그 중 하나는 런던에서 코넬리스 드레벨에 의해 증명되었고, 다른 하나는 1624년에 ^[11][12]로마에서 전시되었다.

복합 현미경의 실제 발명자는 알려지지 않았지만, 수년에 걸쳐 많은 주장이 제기되어 왔다.여기에는 네덜란드의 안경 제작자 요하네스 자카리아센이 그의 아버지인 자카리아스 얀센이 1590년에 복합 현미경 및/또는 망원경을 발명했다는 주장이^[13] 35년 만에 포함되어 있다.요하네스의 ^[14][15][16](의심쩍은 주장) 증언은 Zacharias가 그 당시 어린 아이였을 것이라는 것을 너무 오래 미루어, 요하네스의 주장이 사실이기 위해서는 복합 현미경이 요하네스의 할아버지 Hans Martens에 ^[17]의해 발명되었을 것이라는 추측을 불러 일으켰다.또 다른 주장은 얀센의 경쟁자인 Hans Lipershey도 복합 현미경을 ^[18]발명했다는 것이다.다른 역사학자들은 네덜란드의 발명가 코르넬리스 드레벨이 1621년 복합 현미경으로 ^[11][12]그의 이름을 가리킵니다.

갈릴레오 갈릴레이는 때때로 복합 현미경 발명가로도 언급된다.1610년 이후, 그는 망원경의 초점을 파리 같은 작은 물체를 보기 위해 닫을 수 있고, 또는^[19] 작은 ^[20]물체를 확대하기 위해 반대쪽 끝을 볼 수 있다는 것을 발견했습니다.유일한 단점은 그의 ^[21]2피트 길이의 망원경이 가까이 있는 물체를 보기 위해 6피트까지 확장되어야 한다는 것이었다.1624년 드레벨이 로마에서 전시한 복합 현미경을 본 후, 갈릴레오는 자신만의 개량판을 ^[11][12]만들었다.1625년, 지오반니 파버는 갈릴레오가 1624년 아카데미아 데이 린시에게 제출한 복합 현미경을 위해 현미경이라는 이름을 만들었다.Faber coined the name from the Greek words μικρόν (micron) meaning "small", and σκοπεῖν (skopein) meaning "to look at", a name meant to be analogous with "telescope", another word coined by the Linceans.^[23]

또 다른 네덜란드인인 Christiaan Huygens는 17세기 말에 무채색으로 보정된 단순한 2안경을 개발했고, 따라서 현미경 발전에 큰 진전을 이뤘다.Huygens 안구는 오늘날까지 여전히 생산되고 있지만, 작은 필드 크기 등 사소한 단점들로 어려움을 겪고 있다.

대중화

안토니 반 리우웬훅 (1632–1724)은 간단한 확대 렌즈가 16세기에 이미 생산되고 있었음에도 불구하고 현미경을 생물학자들의 관심을 끌게 한 공로를 인정받고 있다.Van Leeuwenhoek의 집에서 만든 현미경은 매우 작지만 강한 렌즈를 가진 단순한 현미경이었다.그것들은 사용법은 서툴렀지만, van Leeuwenhoek가 자세한 이미지를 볼 수 있게 했다.복합현미경은 여러 개의 렌즈를 구성하는데 어려움을 겪으면서 반 리우웬훅의 단순 현미경과 같은 품질의 영상을 제공할 수 있게 되기까지 약 150년의 광학 개발이 필요했다.1850년대에 툴레인 대학의 화학 교수인 존 레너드 리델은 ^[25][26]콜레라에 대한 가장 초기이자 가장 광범위한 미국 현미경 연구 중 하나를 수행하면서 최초의 실용적인 쌍안경을 발명했다.

조명 기술

400년 이상 동안 기본적인 현미경 기술과 광학 기술을 이용할 수 있었지만, 오늘날 볼 수 있는 고품질 이미지를 생성하기 위해 샘플 조명 기술이 개발된 것은 훨씬 더 최근의 일이다.

1893년 8월, 어거스트 쾰러는 쾰러 조명을 개발했다.이 샘플 조명 방법은 극도로 균일한 조명을 발생시키고 오래된 샘플 조명 기법의 많은 한계를 극복합니다.쾰러 조명을 개발하기 전에는 광원의 영상(예: 전구 필라멘트)을 샘플의 영상으로 항상 볼 수 있었다.

노벨 물리학상은 1953년 네덜란드의 물리학자 프리츠 제르니케가 투명한 샘플을 촬영할 수 있는 위상 대비 조명을 개발한 공로로 수상했다.빛의 흡수가 아닌 간섭을 이용함으로써 살아있는 포유류의 세포와 같은 매우 투명한 샘플을 염색 기술을 사용하지 않고도 촬영할 수 있다.불과 2년 후인 1955년, Georges Nomarski는 또 다른 간섭 기반 이미징 기술인 미분 간섭 현미경을 위한 이론을 발표했습니다.

형광 현미경법

현대의 생물학적 현미경 검사는 세포 내의 특정 구조를 위한 형광 탐침의 개발에 크게 의존한다.일반적인 투광 현미경 검사와 달리 형광 현미경 검사에서는 샘플이 좁은 파장의 빛으로 대물 렌즈를 통해 조명됩니다.이 빛은 샘플의 형광체와 상호작용하여 더 긴 파장의 빛을 방출합니다.이미지를 구성하는 것은 이 방출된 빛입니다.

20세기 중반부터 DNA에 결합하는 DAPI와 같은 화학 형광 얼룩은 세포 내의 특정 구조에 라벨을 붙이기 위해 사용되어 왔다.보다 최근의 개발은 형광으로 표시된 항체를 사용하여 샘플 내의 특정 단백질을 인식하는 면역 형광과 살아있는 세포가 형광을 만들어 발현할 수 있는 GFP와 같은 형광 단백질을 포함한다.

구성 요소들

투과된 빛으로 샘플을 볼 수 있도록 설계된 모든 최신 광학 현미경은 광로의 기본 구성 요소를 공유합니다.또한 대부분의 현미경에는 동일한 '구조^[27]' 구성요소가 있습니다(오른쪽 그림에 따라 아래 번호가 매겨집니다).

• 접안렌즈(안경)(1)
• 대물형 터렛, 리볼버 또는 회전식 노즈 피스(대물형 렌즈를 여러 개 고정하기 위한 것) (2)
• 대물렌즈(3)
• 포커스 노브(스테이지 이동용)
  • 조잡한 조정(4)
  • 미세 조정(5)
• 스테이지(시료 고정용)(6)
• 광원(조명 또는 거울)(7)
• 다이어프램 및 콘덴서(8)
• 기계 스테이지(9)

접안렌즈(안경렌즈

접안렌즈 또는 안경은 두 개 이상의 렌즈가 들어 있는 원통형입니다; 그것의 기능은 눈에 이미지를 초점을 맞추는 것입니다.접안렌즈는 차체 튜브의 상단 끝에 삽입됩니다.아이피스는 교환이 가능하며 다양한 아이피스를 다른 배율로 삽입할 수 있습니다.접안 장치의 일반적인 확대 값에는 5×, 10×(가장 일반적인), 15× 및 20×가 포함됩니다.일부 고성능 현미경에서는 대물렌즈와 접안렌즈의 광학구성이 일치하여 최상의 광학성능을 얻을 수 있다.이것은 아포크로매틱 목적에서 가장 흔하게 발생한다.

대물 터렛(리볼버 또는 회전 노즈 피스)

대물형 터렛, 리볼버 또는 회전 노즈 피스는 대물형 렌즈 세트를 고정하는 부품입니다.사용자가 대물렌즈 사이를 전환할 수 있습니다.

대물 렌즈

전형적인 복합광학현미경의 하단에는 시료로부터 빛을 모으는 하나 이상의 대물렌즈가 있다.목표는 보통 유리 단일 또는 다원소 복합 렌즈가 들어 있는 실린더 하우징에 있습니다.일반적으로 원형 노즈 피스에 3개 정도의 대물 렌즈가 나사로 고정되어 회전하여 필요한 대물 렌즈를 선택할 수 있습니다.이러한 배열은 파포커스(parfocus)하도록 설계되어 있습니다. 즉, 현미경의 렌즈에서 다른 렌즈로 바뀌면 샘플의 초점이 유지됩니다.현미경 목표는 확대와 숫자 개구라는 두 가지 매개변수로 특징지어집니다.전자의 범위는 일반적으로 5×에서 100×인 반면 후자의 범위는 0.14에서 0.7로 각각 약 40에서 2mm의 초점 거리에 해당한다.일반적으로 배율이 높은 대물 렌즈는 결과 이미지에서 더 높은 수치 개구부와 더 짧은 시야 깊이를 가집니다.일부 고성능 대물렌즈는 최상의 광학 성능을 제공하기 위해 일치하는 접안렌즈가 필요할 수 있습니다.

오일 침지 목표

일부 현미경은 고배율에서 더 높은 분해능을 위해 오일-침투 목적 또는 물-침투 목표를 사용합니다.이것들은 침지유나 물과 같은 지수 매칭 재료와 대물렌즈와 샘플 사이에 매치된 커버 슬립과 함께 사용됩니다.지수 매칭 재료의 굴절률은 공기보다 높기 때문에 대물렌즈가 큰 개구(1개 이상)를 가질 수 있어 빛이 시료에서 대물렌즈의 외면으로 최소 굴절로 전달된다.최대 1.6의 수치 개구부를 ^[28]얻을 수 있습니다.더 큰 숫자 구멍은 더 많은 빛을 모을 수 있게 하여 더 작은 세부 사항의 세밀한 관찰이 가능합니다.오일 침지 렌즈의 배율은 보통 40배에서 100배입니다.

포커스 노브

조정 노브는 거칠고 미세한 초점을 위해 별도의 조정으로 스테이지를 위아래로 이동합니다.동일한 콘트롤로 현미경을 다른 두께의 시료에 맞출 수 있습니다.이전의 현미경 설계에서는 초점 조절 휠이 현미경 튜브를 스탠드에 대해 위아래로 움직이며 고정 스테이지를 가지고 있었습니다.

틀

광학 어셈블리의 전체는 전통적으로 견고한 암에 부착되어 있으며, 견고한 U자형 다리에 부착되어 필요한 강성을 제공합니다.시야각을 조정할 수 있도록 암 각도를 조정할 수 있습니다.

프레임은 다양한 현미경 컨트롤을 위한 장착 지점을 제공합니다.일반적으로 여기에는 초점을 맞추기 위한 제어 장치, 일반적으로 거친 초점을 조정하기 위한 큰 돌기가 있는 휠과 미세한 초점을 조절하기 위한 작은 돌기가 있는 휠이 포함됩니다.다른 기능으로는 램프 컨트롤 및/또는 콘덴서 조정을 위한 컨트롤이 있습니다.

단계.

스테이지(stage)는 대물렌즈 아래의 플랫폼으로, 보는 시료를 지지한다.스테이지 중앙에는 빛을 통과시켜 시료를 비추는 구멍이 있다.스테이지에는 일반적으로 슬라이드를 고정할 수 있는 암이 있습니다(일반적인 치수가 25×75mm인 직사각형 유리판, 시료가 장착됨).

100배 이상의 배율에서는 손으로 슬라이드를 움직이는 것은 실용적이지 않습니다.기계식 스테이지(일반적으로 중고가 현미경)는 원하는 대로 샘플/슬라이드를 재배치하는 제어 노브를 통해 슬라이드를 미세하게 움직일 수 있습니다.현미경에 원래 기계 단계가 없었다면 추가할 수 있습니다.

모든 스테이지가 초점을 맞추기 위해 위아래로 움직입니다.기계식 스테이지 슬라이드를 사용하여 시료를 배치하기 위해 두 개의 수평 축으로 이동하여 시료 세부사항을 검사합니다.

사용자가 시료를 스테이지에 중심을 맞추기 위해 낮은 배율에서 포커싱이 시작됩니다.고배율로 이동하려면 스테이지를 고배율로 다시 포커스를 맞추기 위해 수직으로 이동해야 하며 약간의 수평 시료 위치 조정이 필요할 수 있습니다.수평 시료 위치 조정은 기계적인 스테이지의 원인이다.

시료 준비와 슬라이드에 장착이 어렵기 때문에 어린이의 경우 초점 수준에 관계없이 중심을 잡고 집중하기 쉬운 슬라이드로 시작하는 것이 좋습니다.

광원

많은 광원을 사용할 수 있다.가장 간단한 것은 햇빛이 거울을 통해 전달된다는 것이다.그러나 대부분의 현미경에는 조정 및 제어가 가능한 자체 광원이 있습니다. LED와 레이저를 사용한 조명이 보급되고 있지만 할로겐 램프를 사용하는 경우가 많습니다.쾰러 조명은 종종 더 비싼 계측기에서 제공됩니다.

콘덴서

콘덴서는 조명 소스의 빛을 샘플에 집중하도록 설계된 렌즈입니다.콘덴서는 또한 조명의 품질 및 강도를 관리하기 위해 다이어프램 및/또는 필터와 같은 다른 기능을 포함할 수 있습니다.다크 필드, 위상 대비 및 차등 간섭 대비 현미경 검사와 같은 조명 기술의 경우 추가 광학 구성 요소를 광로에 정확하게 정렬해야 합니다.

확대

복합 광학 현미경의 실제 배율 또는 배율은 접안렌즈와 대물렌즈의 배율의 산물입니다.예를 들어 10배 접안렌즈 확대와 100배 대물렌즈 확대는 총 1,000×의 배율을 제공합니다.오일이나 자외선 등 환경을 변경하면 해상도가 높아지고 1,000배 이상의 배율로 디테일이 표시됩니다.

작동

조명 기술

샘플에서 개선된 조영 영상을 생성하도록 광 경로를 수정하는 많은 기법을 사용할 수 있습니다.샘플로부터 콘트라스트를 증가시키는 주요 기술에는 교차 편광, 다크 필드, 위상 콘트라스트 및 차분 간섭 콘트라스트 조명이 있습니다.최근 기술(Sarfus)은 나노미터 샘플의 시각화를 위해 교차 편광과 특정 조영 강화 슬라이드를 결합합니다.

• 티슈 페이퍼 샘플에서 콘트라스트를 생성하기 위해 사용되는 트랜스루미네이션 기술의 4가지 예. 1.559 μm/픽셀.
• 

  밝은 필드 조명, 샘플 대비는 샘플 내 빛의 흡광도에서 비롯됩니다.

• 

  교차 편광 조명, 샘플 대비는 샘플을 통해 편광의 회전에서 발생합니다.

• 

  다크 필드 조명, 샘플 대비는 샘플에 의해 산란된 빛에서 나옵니다.

• 

  위상 대비 조명, 샘플 대비는 샘플을 통과하는 빛의 다른 경로 길이 간섭에서 발생합니다.

기타 기술

현대의 현미경은 단순히 샘플의 투과된 빛 이미지를 관찰하는 것 이상을 가능하게 한다; 다른 종류의 데이터를 추출하기 위해 사용될 수 있는 많은 기술들이 있다.대부분은 기본 복합 현미경 외에 추가 장비가 필요합니다.

• 반사광 또는 입사조명(표면구조 해석용)
• 형광 현미경 검사, 둘 다:

• 에피 형광 현미경법
• 공초점 현미경 검사

• 현미경(자외선 가시 분광 광도계와 광학 현미경을 일체화한 경우)
• 자외선 현미경 검사
• 근적외선 현미경법
• 조영 증강 및 수차 감소를 위한 다중 투과 현미경^[29] 검사.
• 자동화(대량 샘플 또는 이미지 캡처 자동 스캔용)

적용들

광학 현미경은 마이크로일렉트로닉스, 나노물리학, 생명공학, 제약연구, 광물학 및 미생물학에서 ^[30]광범위하게 사용되고 있습니다.

광학 현미경은 조직을 다룰 때 또는 유리 세포나 조직 조각에 대한 도말 검사에서 사용되는 의학 진단에 사용됩니다.

산업용으로는 쌍안경 현미경이 일반적이다.진정한 깊이 인식이 필요한 애플리케이션 외에도, 이중 접안경을 사용하면 현미경 검사 스테이션에서의 장시간 근무와 관련된 눈의 피로를 줄일 수 있습니다.특정 용도에서는 장거리 또는 장초점 현미경이^[31] 유용합니다.항목은 창문 뒤에서 검사해야 하거나 산업적 주제가 목적에 해가 될 수 있습니다.이러한 광학 장치는 근접 초점 기능을 ^[32][33]가진 망원경과 유사합니다.

측정 현미경은 정밀 측정에 사용됩니다.기본적으로 두 가지 유형이 있습니다.하나는 초점 ^[34]평면에서 거리를 측정할 수 있도록 눈금이 매겨진 레티클을 가지고 있다.다른(및 이전) 유형은 간단한 십자형 및 현미경을 ^[35]기준으로 피사체를 이동시키기 위한 마이크로미터 메커니즘이 있습니다.

아주 작고 휴대용 현미경은 실험실 현미경이 부담이 ^[36]될 만한 곳에서 사용되었습니다.

제한 사항

투과광이 있는 매우 높은 배율에서는 점 물체는 회절 링으로 둘러싸인 퍼지 디스크로 보입니다.이것들은 에어리 디스크라고 불립니다.현미경의 분해능은 간격이 긴 두 개의 에어리 원반을 구별할 수 있는 능력(즉, 현미경이 구별되고 분리된 인접 구조 디테일을 드러내는 능력)으로 간주된다.이러한 회절의 영향은 미세한 디테일을 해결할 수 있는 능력을 제한한다.회절 패턴의 범위와 크기는 빛의 파장(θ), 대물 렌즈 제조에 사용되는 굴절 재료 및 대물 렌즈의 수치 개구(NA)의 영향을 받습니다.따라서 회절 한계로 알려진 목표 필드의 개별 점을 해결하는 것이 불가능한 유한한 한계가 있습니다.전체 광학 설정에서 광학적 수차가 무시할 수 있다고 가정할 때 분해능 d는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

${\displaystyle d=syslogfrac {2}NA}}}$

보통 550 nm의 파장이 있다고 가정하며 이는 녹색 빛에 해당합니다.공기를 외부 매체로 사용할 경우, 실용성이 가장 높은 NA는 0.95이고, 오일을 사용할 경우 최대 1.5입니다.실제로 기존 렌즈로 얻을 수 있는 d의 최소값은 약 200 nm이다.다중 산란을 사용하는 새로운 유형의 렌즈는 분해능을 100nm ^[37]미만으로 향상시킬 수 있습니다.

해상도 제한 초과

위에서 설명한 투과광 한계보다 높은 분해능에 도달하기 위해 여러 가지 기술을 사용할 수 있습니다.1979년 Courjon과 Bulabois에 의해 기술된 홀로그래픽 기술은 실험 ^[38]분석에서 해상도가 제한되었지만 이 해상도 한계를 깰 수 있습니다.

형광 샘플을 사용하면 더 많은 기술을 사용할 수 있습니다.예를 들어, Vericoto SMI, 에버넨트파를 사용하는 근거리 주사 광학 현미경법, 그리고 자극적인 방출 고갈 등이 있습니다.2005년, 단일 분자를 검출할 수 있는 현미경이 교육 ^[39]도구로 설명되었습니다.

지난 10년간 상당한 진보에도 불구하고, 회절 한계를 초과하는 기술은 제한적이고 전문화되어 있습니다.

대부분의 기법이 가로 분해능 증가에 초점을 맞추고 있지만, 극히 얇은 샘플을 분석할 수 있도록 하는 기법도 있다.예를 들어 sarfus 방법은 얇은 샘플을 콘트라스트 강화 표면에 배치하여 0.3나노미터의 얇은 필름을 직접 시각화할 수 있습니다.

2014년 10월 8일, 초분해능 형광 ^[40][41]현미경을 개발한 공로로 Eric Betzig, William Moerner, Stefan Hell에게 노벨 화학상이 수여되었습니다.

구조화 조명 SMI

SMI(공간변조 조명 현미경법)는 이른바 PSF(Point Spread Function) 엔지니어링의 광광학 프로세스입니다.현미경의 PSF를 광학 분해능을 높이거나 조명광의 파장에 비해 작은 형광체의 거리 측정 정밀도를 최대화하거나 나노미터 범위의 다른 ^[42][43]구조적 파라미터를 추출하기 위해 적절한 방법으로 수정하는 공정이다.

국재현미경 SPDMphymod

SPDM(스펙트럼 정밀 거리 현미경) 기술은 형광 현미경의 광광학적 프로세스로, 광학적으로 분리된 입자(예: 분자)의 위치, 거리 및 각도를 광학적으로 측정할 수 있습니다."옵티컬 절연"은 특정 시점에 기존의 광학 분해능(일반적으로 약 200-250 nm 직경)에 의해 결정된 크기의 영역 내에 단일 입자/분자만 등록됨을 의미합니다.이러한 영역 내의 분자가 모두 다른 스펙트럼 마커를 가지고 있을 때 가능하다(예: 다른 색 또는 다른 ^{[44][45][46][47]}입자의 발광에서 다른 사용 가능한 차이).

GFP, 알렉사 염료, 아토 염료, Cy2/Cy3 및 플루오레세인 분자와 같은 많은 표준 형광 염료는 특정 광물리 조건이 존재한다면 국재 현미경 검사에 사용될 수 있습니다.이른바 SPDMphymod(물리적으로 변형 가능한 형광체) 기술을 사용하면 적절한 강도의 단일 레이저 파장으로 나노 ^[48]이미징에 충분합니다.

3차원 초해상도 현미경법

표준 형광 염료 SPDMphymod와 구조화된 조명 SMI를 ^[49]조합하여 표준 형광 염료를 사용한 3D 초분해능 현미경을 제작할 수 있습니다.

스테드

자극적인 방출 고갈은 회절 한계를 초과하는 높은 분해능이 얼마나 가능한지를 보여주는 간단한 예이지만, 큰 한계가 있다.STED는 시료에서 형광 분자의 작은 하위 집단에서 형광을 유도하기 위해 광 펄스의 조합을 사용하는 형광 현미경 기술입니다.각 분자는 이미지 내에서 회절제한 빛의 스팟을 생성하며, 이들 스팟의 중심은 분자의 위치에 대응한다.형광 분자의 수가 적기 때문에 빛의 반점이 겹칠 가능성이 낮기 때문에 정확하게 배치할 수 있습니다.그런 다음 이 프로세스를 여러 번 반복하여 이미지를 생성합니다.막스플랑크 생물물리화학연구소의 스테판 헬은 STED 현미경과 관련 방법론을 ^[50]개발한 공로로 2006년 제10회 독일미래상, 2014년 노벨화학상을 수상했다.

대체 수단

가시광선의 회절 한계로 설정된 한계를 극복하기 위해 다른 파장을 사용하는 다른 현미경이 설계되었다.

• 원자력 현미경(AFM)
• 주사전자현미경(SEM)
• 주사 이온 전도 현미경법(SICM)
• 스캔 터널링 현미경(STM)
• 투과전자현미경법(TEM)
• 자외선 현미경
• X선 현미경

고주파수는 물질과의 상호작용이 제한적이라는 점에 유의해야 한다. 예를 들어 연조직은 X선에 비교적 투명하여 뚜렷한 대조 선원과 다른 대상 애플리케이션을 발생시킨다.

빛 대신 전자와 X선을 사용하면 훨씬 높은 분해능을 얻을 수 있습니다. 즉, 방사선의 파장이 짧아져 회절 한계치가 낮아집니다.단파장 프로브를 비파괴적으로 만들기 위해 원자선 이미징 시스템(원자 나노스코프)이 제안되고 문헌에서 널리 논의되어 왔지만, 아직 기존의 이미징 시스템과는 경쟁적이지 않다.

STM과 AFM은 샘플 표면에서 스캔되는 작은 프로브를 사용하여 프로브 기술을 스캔합니다.이러한 경우 분해능은 프로브의 크기에 따라 제한됩니다. 마이크로머시닝 기술은 팁 반경이 5~10 nm인 프로브를 생성할 수 있습니다.

또한 전자 또는 X선 현미경과 같은 방법에서는 진공 또는 부분 진공이 사용되므로 (환경 스캔 전자 현미경을 제외하고) 살아있는 샘플 및 생물학적 샘플에 대한 사용이 제한됩니다.이러한 모든 기기에 필요한 검체 챔버도 검체 크기를 제한하며 검체 조작이 더 어렵습니다.이러한 방법으로 작성된 이미지에서는 색을 볼 수 없기 때문에 일부 정보가 손실됩니다.그러나 알루미늄 합금의 경화 또는 고분자의 미세 구조와 같은 분자 또는 원자 효과를 조사할 때는 필수적입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

인용된 출처

• Van Helden, Albert; Dupre, Sven; Van Gent, Rob (2011). The Origins of the Telescope. Amsterdam University Press. ISBN 978-9069846156.

추가 정보

• Kay Geels는 Struers A/S, ASTM International 2006과 공동으로 "메탈로그래픽 및 재료그래픽 시료 준비, 라이트 현미경 검사, 이미지 분석 및 경도 테스트"를 실시했습니다.
• "라이트 현미경: 현재 진행 중인 현대 혁명" Siegfried Weisenburger와 Vahid Sandoghdar, arXiv: 1412.3255 2014.

외부 링크

• 앤티크 현미경 & 과학 기구 앤티크 현미경, 그 부속품, 역사에 관한 사이트
• Antic Microscopes.com 초기 현미경 컬렉션
• 역사 현미경, 유럽 메이커(독일어)의 3000장 이상의 과학 현미경 사진이 있는 일러스트 컬렉션
• Golub Collection, 17세기~19세기 현미경 컬렉션, 광범위한 기술 포함
• 분자 발현, 광학 현미경에서의 개념
• 실용 광학 현미경 온라인 튜토리얼
• OpenWetWare
• 셀 중심 데이터베이스