Mikroskopie (ISS) ( řecky μικρός - malý, malý a σκοπέω - vidím) - studium objektů pomocí mikroskopu . Dělí se na několik typů: optická mikroskopie , elektronová mikroskopie , multifotonová mikroskopie, rentgenová mikroskopie , rentgenová laserová mikroskopie a je určena k pozorování a registraci zvětšených obrazů vzorku.
Zpočátku byly mikroskopy pouze optickými přístroji využívajícími viditelné světelné paprsky , protože oko také pracuje v rozsahu optických vlnových délek. V souladu s tím optické mikroskopy nemohly mít rozlišení menší než je poloviční vlnová délka referenčního záření (pro viditelný rozsah je vlnová délka 0,4–0,7 μm nebo 400–700 nm) s možným maximálním zvětšením 2000krát. [jeden]
Myšlenkou transmisního elektronového mikroskopu bylo nahradit referenční elektromagnetické záření elektronovým paprskem. Je známo, že pro zvýšení rozlišovací schopnosti mikroskopů využívajících elektromagnetické záření je nutné snížit vlnovou délku elektromagnetického záření na oblast ultrafialového záření až po rentgenové záření (vlnová délka je srovnatelná s meziatomovými vzdálenostmi v látce) a hlavní problém spočívá v zaostření ultrafialového a zejména rentgenového záření.
Zvláštnost interakce rentgenového záření s hmotou odlišuje rentgenové optické systémy od optických systémů pro světelné a elektronové paprsky. ( Malá odchylka indexu lomu rentgenového záření od jednoty (méně než 10 −4 ) prakticky neumožňuje použití čoček a hranolů pro jejich zaostřování . Elektrické a magnetické čočky jsou pro tento účel rovněž nepoužitelné, neboť rentgenové záření jsou inertní vůči elektrickým a magnetickým polím, proto se v rentgenové mikroskopii rentgenové záření fokusuje pomocí jevu jeho úplného vnějšího odrazu od zakřivených zrcadlových rovin nebo odrazu od krystalografických zakřivených rovin) [2] . Na tomto principu jsou založeny reflexní rentgenové mikroskopy.
Míra průniku do mikrosvěta, jeho studium závisí na schopnosti uvažovat hodnotu mikroprvku, na rozlišovací schopnosti mikroskopu. Nejčastěji se rozlišovací schopností mikroskopu rozumí minimální vzdálenost mezi rozlišitelnými objekty.
Když je překročeno zvětšení, při kterém je dosaženo možného rozlišení, hranice detailů obrazu se spojí. Další zvětšování ukázkového obrázku ztrácí smysl.
Elektronové mikroskopy mají mnohem vyšší rozlišení. V roce 2011 bylo nejlepší rozlišení pro rastrovací elektronový mikroskop 0,4 nm a nejlepší rozlišení pro transmisní elektronový mikroskop bylo 0,05 nm.
Lidské oko je přirozený optický systém vyznačující se určitou rozlišovací schopností, tedy nejmenší vzdáleností mezi prvky pozorovaného předmětu (vnímanými jako body nebo čáry), při které je lze ještě od sebe odlišit. U běžného oka při vzdalování se od předmětu tzv. nejlepší vzdálenost vidění (D = 250 mm), průměrné normální rozlišení je 0,176 mm. Velikosti mikroorganismů, většiny rostlinných a živočišných buněk, malých krystalů , detailů mikrostruktury kovů a slitin atd. jsou mnohem menší než tato hodnota. K pozorování a studiu takových objektů jsou určeny optické mikroskopy různých typů. V optické mikroskopii byl nyní učiněn průlom, v jehož důsledku bylo překonáno základní Rayleighovo kritérium , které spočívá v tom, že minimální velikost rozlišitelného předmětu je poněkud menší než vlnová délka použitého světla a je zásadně omezena . difrakcí záření. To byl limit toho, co bylo možné v optické mikroskopii. Donedávna nebylo možné překonat bariéru, která umožňuje rozlišovat mezi strukturami se vzdáleností mezi prvky do 0,20 μm .
Nicméně vynikající nejnovější vývoj optického systému nanoskopu s optickým rozlišením 10 nm rozšířil rozsah optické mikroskopie - nanoskopie na desítky nanometrů , což ve srovnání s 0,20 mikrony zmenšilo vzdálenost mezi rozlišitelnými prvky o faktor 20. (Například velikost molekul bílkovin, které tvoří naše tělo, se pohybuje od 3 do 10 nm ) [3] .
Němečtí vědci Stefan Hell a Mariano Bossi z Ústavu biofyzikální chemie vyvinuli v roce 2006 nanoskop, který umožňuje pozorování objektů o velikosti asi 15 nm [ 4] .
Ruští vědci z Tomské státní polytechnické univerzity vylepšili nanoskop tím, že nepoužívají mikročočky jako v klasické konfiguraci, ale speciální difrakční mřížky se zlatými destičkami. Když je obraz získán z takového zařízení, efekt apodizace anomální amplitudy, Fabry-Perotova rezonance a Fano rezonance se spouští současně. Společně pomáhají zvýšit rozlišení ve srovnání s konvenční difrakční mřížkou až na 0,3 λ. [5]
Elektronová mikroskopie využívá k vytvoření obrazu svazek elektronů místo světelných paprsků. To umožňuje stonásobně zvýšit rozlišení elektronového mikroskopu ve srovnání se světelným mikroskopem.
První funkční prototyp elektronového mikroskopu sestrojili v roce 1932 E. Ruska a M. Knoll; v roce 1986 byla Ruska spolu s dalšími vývojáři elektronových mikroskopů za tento vývoj oceněna Nobelovou cenou za fyziku . Sériová výroba elektronových mikroskopů začala koncem 30. let 20. století.
Rozlišovací schopnost metod rentgenové mikroskopie dosahuje prakticky 100 nm , což je 2x více než u optických mikroskopů (200 nm). Rentgenová mikroskopie teoreticky umožňuje dosáhnout o 2 řády lepšího rozlišení než optického (protože vlnová délka rentgenového záření je o 2 řády kratší). Moderní optický mikroskop - nanoskop má však rozlišení až 3-10 nm.
Rastrovací sondový mikroskop - mikroskop pro získání obrazu povrchu a jeho lokálních charakteristik. Proces zobrazování je založen na skenování povrchu sondou. V obecném případě umožňuje získat trojrozměrný obraz povrchu (topografie) s vysokým rozlišením.