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2: Mikroskope - Biologie

2: Mikroskope - Biologie



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Sie haben wahrscheinlich herausgefunden, dass Mikroben (AKA-Mikroorganismen) ziemlich klein sind, oder? Ja, Größe ist nicht alles. Aber Zahlen, das ist was. Wenn Sie ein Gramm Erde nehmen und die darin enthaltenen Mikroben mit einer Rate von 1 Mikrobe/Sekunde zählen würden, würden Sie über 33 Jahre brauchen, um Ihre Zählung abzuschließen. Dann wären die meisten von Ihnen in den 50er Jahren und haben eine Midlife-Crisis, also lassen Sie uns nicht dorthin gehen ... aber die geringe Größe der Mikroben hat es sicherlich schwierig gemacht, sie zu untersuchen, besonders am Anfang. (Wenn Sie sich eine visuelle Vorstellung von der Skalierung wünschen, sehen Sie sich das Werkzeug Zellgröße und Skalierung an, mit dem Sie von einer Kaffeebohne zu einem Kohlenstoffatom heranzoomen können. Achten Sie auf die Mikroben dazwischen!)

O.k., wenn du etwas wirklich, wirklich, sehr kleines sehen willst, wen rufst du dann an? Keine GhostbustersTM, das ist sicher. Ich würde es mal mit einem Mikroskop versuchen. (Mikroskopmann? Vielleicht auch nicht.) Jetzt gebe ich zu, mit dem Aufkommen der Molekularbiologie gibt es heutzutage viel Mikrobiologie, die ohne Mikroskop passiert. Aber wenn Sie Mikroben tatsächlich visualisieren möchten, benötigen Sie die Fähigkeit, dies zu tun vergrößern – Sie benötigen ein Mikroskop irgendeiner Art. Und da „Sehen ist Glauben“ war es die Visualisierung von Mikroben, die das Interesse der Menschen in erster Linie geweckt hat.

Mikroskopie im 17. Jahrhundert

Es wird vermutet, dass Robert Hooke war 1665 einer der ersten Wissenschaftler, der Mikroben tatsächlich beobachtete. Seine Illustrationen und Beobachtungen von einer Vielzahl von Objekten, die unter einem Mikroskop betrachtet wurden, wurden in dem Buch veröffentlicht Mikroskopie. Hooke verwendet als zusammengesetztes Mikroskop, was bedeutet, dass es zwei Linsensätze für die Vergrößerung enthielt: die Augenlinse neben dem auge und dem Objektivlinse, neben der Probe oder dem Objekt. Die Vergrößerung eines zusammengesetzten Mikroskops ist ein Produkt der Okularlinsenvergrößerung und der Objektivlinsenvergrößerung. Somit hätte ein Mikroskop mit einer Okularvergrößerung von 10x und einer Objektivvergrößerung von 50x a Gesamtvergrößerung von 500x. Sie können eine Zeichnung von Hookes Mikroskop sehen.

Antonie van Leeuwenhoek, oft als „Vater der Mikrobiologie“ bezeichnet, war von Beruf kein Wissenschaftler. Er war ein Tuchhändler aus Holland, von dem angenommen wurde, dass er von Herrn Hookes Arbeit inspiriert wurde, wahrscheinlich mit der ursprünglichen Absicht, Textilien zu untersuchen, um die Qualität zu bestimmen. Van Leeuwenhoek begann sehr schnell, fast alles unter dem Mikroskop zu untersuchen, und das wissen wir, weil er sowohl seine Proben als auch seine Beobachtungen detailliert aufzeichnete. Van Leeuwenhoek benutzte das, was man a . nennt einfaches Mikroskop, ein Mikroskop mit nur einer einzigen Linse. Im Wesentlichen ist es eine Lupe. Aber die von ihm hergestellten Linsen waren von so hoher Qualität, dass ihm die Entdeckung einzelliger Lebensformen zugeschrieben wird. Sie können mehr über van Leeuwenhoeks Beobachtungen erfahren.

Moderne Mikroskopie: Lichtmikroskope

Seien wir ehrlich, ein modernes Mikroskop ist ein ziemlich technisches Werkzeug, sogar eine der billigeren Versionen. Wenn Sie die Grenzen eines Lichtmikroskops verstehen wollen, müssen Sie Konzepte wie Auflösung, Wellenlänge und numerische Apertur verstehen, deren Beziehung zueinander durch Abbé-Gleichung:

In der Mikroskopie ist die Definition von Auflösung ist typischerweise die Fähigkeit einer Linse, zwei nahe beieinander liegende Objekte zu unterscheiden. Also in der Abbé-Gleichung D wird der minimale Abstand, bei dem zwei nebeneinander liegende Objekte aufgelöst oder als einzelne Objekte unterschieden werden können. Die Auflösung ist abhängig von der Wellenlängeder verwendeten Beleuchtung, wobei eine kürzere Wellenlänge zu einem kleineren . führt D. Schließlich haben wir die Wirkung der Numerische Apertur, die eine Funktion der Objektivlinse und ihrer Fähigkeit ist, Licht zu sammeln. Der Wert der numerischen Apertur wird eigentlich durch zwei Komponenten definiert: n, das ist die Brechungsindex des Mediums, in dem die Linse arbeitet, und sin θ, das ein Maß für den Lichtkegel ist, der in das Objektiv eintritt. Eine Linse kann typischerweise in zwei Medien arbeiten: Luft mit einem Brechungsindex von 1,00 oder Öl mit einem Brechungsindex von 1,25. Öl ermöglicht es, mehr Licht zu sammeln, indem mehr Lichtstrahlen in die Objektivlinse gelenkt werden. Die maximale Gesamtvergrößerung für ein Mikroskop, das visuelles Licht zur Beleuchtung verwendet, beträgt etwa 1500X, wobei das Mikroskop möglicherweise 15x Okulare und ein 100x . hat Ölimmersionsobjektiv. Die höchstmögliche Auflösung liegt bei 0,2 µm. Wenn Objekte oder Zellen näher beieinander liegen, können sie nicht als separate Einheiten unterschieden werden.

Hier ist eine schöne Beschreibung von Nikon, einschließlich eines interaktiven Tutorials zu numerischer Blende und Bildauflösung. Und dann gibt es so viele Mikroskope, so wenig Zeit! Welchen Typ Sie benötigen, hängt von der spezifischen Art der Mikroben ab, die Sie visualisieren möchten.

Für Lichtmikroskope gibt es sechs verschiedene Arten von Mikroskopen, die alle Licht als Beleuchtungsquelle verwenden: Hellfeldmikroskop, Dunkelfeldmikroskop, Phasenkontrastmikroskop, Differentialinterferenzkontrast (DIC), Fluoreszenzmikroskop und konfokales Rasterlasermikroskop ( CSLM). Schauen wir uns die Details der einzelnen Typen an:

Hellfeld-Mikroskop

Die Hellfeldmikroskop ist Ihr Standardmikroskop, das Sie für Ihre Nichte oder Ihren Neffen in jedem Spielwarenladen kaufen können. Hier ist eine Website zu den grundlegenden Teilen eines Hellfeld-Verbundmikroskops, falls Sie nicht im allgemeinen Mikrobiologielabor eingeschrieben sind. Die Probe wird von einer Lichtquelle am Fuß des Mikroskops beleuchtet und dann zunächst durch das Objektiv vergrößert, bevor es wieder durch die Okularlinse vergrößert wird. Denken Sie daran, dass die erreichte Gesamtvergrößerung ein Produkt der Vergrößerung beider Objektive ist.

Die Probe wird typischerweise aufgrund von Kontrastunterschieden zwischen der Probe selbst und ihrer Umgebung visualisiert. Dies gilt jedoch nicht für ungefärbte Bakterien, die nur sehr wenig Kontrast zu ihrer Umgebung haben, es sei denn, die Zellen sind von Natur aus pigmentiert. Darum färben (siehe Abschnitt unten) ist ein so wichtiges Konzept in der Mikroskopie. Ein Hellfeldmikroskop funktioniert relativ gut, um die größeren eukaryotischen Mikroben (d. h. Protozoen, Algen) ohne Färbung zu betrachten, aber ungefärbte Bakterien sind fast unsichtbar. Angefärbte Bakterien erscheinen dunkel vor einem hellen Hintergrund (ah, ich wusste, dass es einen Grund für den Begriff „Hellfeld“ gab.)

Hellfeldmikroskop

Dunkelfeldmikroskop

Die Dunkelfeldmikroskop ist eigentlich nur ein leicht modifiziertes Hellfeldmikroskop. Tatsächlich könnten Sie diese Modifikation an Ihrem Mikroskop vornehmen, das Sie zu Hause haben! Es verwendet eine sogenannte Dunkelfeldblende, eine lichtundurchlässige Scheibe, die das Licht direkt unter der Probe blockiert, sodass Licht von den Seiten einfällt. Das Ergebnis ist, dass nur Licht, das von der Probe reflektiert oder gebrochen wurde, von der Objektivlinse erfasst wird, was zu Zellen führt, die vor einem dunklen Hintergrund hell erscheinen (daher der Begriff „Dunkelfeld“. Ja, jetzt macht alles Sinn .) ). Dies ermöglicht die Beobachtung von lebenden, ungefärbten Zellen, was besonders schön ist, wenn Sie Motilität oder eukaryontische Organellen beobachten möchten.

Phasenkontrastmikroskop

Die Phasenkontrastmikroskop ist ebenfalls ein modifiziertes Hellfeldmikroskop, wobei die Modifikationen komplexer und teurer werden. Dieses Mikroskop verwendet ebenfalls einen undurchsichtigen Ring oder eine ringförmige Blende, aber dieses hat einen transparenten Ring, der nur Licht in einem Hohlkegel freigibt. Das Prinzip dieses Mikroskops geht auf den Brechungsindex zurück und darauf, dass Zellen einen anderen Brechungsindex haben als ihre Umgebung, wodurch Licht in der Phase leicht unterschiedlich ist. Die Differenz wird durch einen Phasenring in einem speziellen Phasenobjektiv verstärkt. Die Phasenunterschiede können in Helligkeitsunterschiede übersetzt werden, was zu einem dunklen Bild vor einem hellen Hintergrund führt. Dies ermöglicht die Beobachtung von lebenden, ungefärbten Zellen, was wiederum nützlich ist, um die Beweglichkeit oder eukaryotische Organellen zu beobachten.

Mechanik des Phasenkontrastmikroskops.

Differenzial-Interferenzkontrast (DIC) Mikroskop

Die Differential-Interferenzkontrast-Mikroskop arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie das Phasenkontrastmikroskop, indem es die Unterschiede im Brechungsindex einer Probe und ihrer Umgebung ausnutzt. Aber es verwendet polarisiertes Licht, das dann durch ein Prisma in zwei Strahlen geteilt wird. Ein Lichtstrahl durchdringt die Probe, der andere die Umgebung. Wenn die Strahlen über ein zweites Prisma zusammengeführt werden, „interferieren“ sie sich gegenseitig, weil sie phasenverschoben sind. Die resultierenden Bilder haben einen fast 3D-Effekt, der für die Beobachtung lebender, ungefärbter Zellen nützlich ist.

Mechanismus des Differentialkontrastmikroskops.

Fluoreszenzmikroskop

EIN Fluoreszenzmikroskop verwendet Licht, das von einer Probe emittiert wurde, anstatt sie zu durchdringen. Eine Quecksilberbogenlampe wird verwendet, um einen intensiven Lichtstrahl zu erzeugen, der gefiltert wird, um eine bestimmte Wellenlänge des auf die Probe gerichteten Lichts zu erzeugen, indem ein dichromatischer Spiegel verwendet wird, der kurze Wellenlängen reflektiert und längere Wellenlängen durchlässt. Natürlich fluoreszierende Organismen absorbieren die kurzen Wellenlängen und emittieren fluoreszierendes Licht mit einer längeren Wellenlänge, das den dichromatischen Spiegel passiert und sichtbar gemacht werden kann. Es gibt eine Vielzahl von Mikroben mit natürlicher Fluoreszenz, aber es gibt sicherlich noch viel mehr Organismen, denen diese Eigenschaft fehlt. Die Visualisierung der letzteren Organismen hängt von der Verwendung von . ab Fluorochrome, Fluoreszenzfarbstoffe, die an bestimmte Zellbestandteile binden. Die Fluorochrome können auch an Antikörper gebunden werden, um bestimmte Strukturen oder Bereiche der Zelle oder sogar verschiedene Organismen hervorzuheben.

Fluoreszenz Mikroskop. Von Masur (Eigene Arbeit) [GFDL, CC-BY-SA-3.0 oder CC BY-SA 2.5-2.0-1.0], über Wikimedia Commons

Fluoreszenzmikroskop-Mechanismus.

Konfokales Scanning Laser Mikroskop (CSLM)

Um zu verstehen, wie a konfokales Rasterlasermikroskop funktioniert, ist es hilfreich zu verstehen, wie ein Fluoreszenzmikroskop funktioniert, also haben Sie hoffentlich bereits den vorherigen Abschnitt gelesen. Ein CSLM verwendet aufgrund der hohen Intensität einen Laser zur Beleuchtung. Das Licht wird auf dichromatische Spiegel gerichtet, die sich bewegen und die Probe „abtasten“. Die von der fluoreszenzgefärbten Probe emittierten längeren Wellenlängen gehen durch die Spiegel durch eine Lochblende zurück und werden von einem Detektor gemessen. Das Pinhole dient dazu, conjugatieren Brennpunkt Punkt der Linse (ah, daher kommt der Begriff konfokal!), was bedeutet, dass ein bestimmter Punkt vollständig fokussiert werden kann. Da die gesamte Probe in den x-z-Ebenen (alle drei Achsen) abgetastet wird, können die vom Detektor erfassten Informationen von einem Computer zusammengestellt werden, um ein einzelnes 3D-Bild vollständig fokussiert zu erstellen. Dies ist ein besonders nützliches Werkzeug, um komplexe Strukturen wie Biofilme zu betrachten.

Konfokaler Scanning-Lasermikroskop-Mechanismus.

Färbung

Die meisten Mikroben, insbesondere einzellige Mikroben, wären ohne die Hilfe der Färbung nicht sichtbar. Es trägt dazu bei, etwas so Kleines ein wenig besser sichtbar zu machen, indem es einen Kontrast zwischen dem Mikroorganismus und seinem Hintergrund bietet. EIN einfacher Fleck verwendet einen einzigen Farbstoff, um die Zellen entweder direkt zu färben (direkter Fleck) oder um den die Zellen umgebenden Hintergrund zu färben (negativer Fleck). Daraus kann ein Forscher grundlegende Informationen über die Größe, Morphologie (Form) und Anordnung einer Zelle gewinnen.

Es gibt auch komplexere Flecken, bekannt als Unterschiedliche Flecken, die Färbungen kombinieren, um die Differenzierung von Organismen basierend auf ihren Eigenschaften zu ermöglichen. Die Gramm-Färbung, 1884 entwickelt, ist die gebräuchlichste Differenzialfärbung in der Mikrobiologie, bei der Bakterienzellen nach ihrem Zellwandtyp getrennt werden: grampositive Bakterien, die lila färben, und gramnegative Bakterien, die rosa färben. Einige Bakterien haben eine spezialisierte Zellwand, die mit dem . gefärbt werden muss säurefester Fleck, wobei sich säurefeste Bakterien rot und nicht säurefeste Bakterien blau färben. Andere differenzielle Färbungen zielen auf spezifische bakterielle Strukturen wie Endosporen, Kapseln und Geißeln ab, über die später gesprochen wird.

Noch modernere Mikroskopie: Elektronenmikroskope

Lichtmikroskope sind großartig, wenn Sie eukaryotische Mikroben beobachten, und sie können zur Beobachtung von Bakterien und Archaeen funktionieren, aber sie werden überhaupt nicht funktionieren, um Viren zu beobachten. Denken Sie daran, dass die Auflösungsgrenze für ein Lichtmikroskop 0,2 μm oder 200 nm beträgt und die meisten Viren kleiner sind. Wir brauchen also etwas Mächtigeres. Geben Sie die Elektronenmikroskope, die zur Visualisierung Licht durch Elektronen ersetzen. Da Elektronen eine Wellenlänge von 1,23 nm haben (im Gegensatz zu den 530 nm Wellenlänge von blau-grünem Licht), erhöht sich die Auflösung auf etwa 0,5 nm bei Vergrößerungen über 150.000x. Der Nachteil der Verwendung von Elektronen besteht darin, dass sie in einem Vakuum enthalten sein müssen, wodurch die Möglichkeit der Arbeit mit lebenden Zellen entfällt. Es gibt auch Bedenken, dass die umfangreiche Probenvorbereitung die Eigenschaften der Probe verfälschen oder Artefakte bilden könnte.

Es gibt zwei verschiedene Arten von Elektronenmikroskopen, das Transmissionselektronenmikroskop (TEM) und das Rasterelektronenmikroskop (REM):

Transmissionselektronenmikroskop (TEM)

Die Transmissionselektronenmikroskop verwendet einen Elektronenstrahl, der mit Hilfe von Elektromagneten auf die Probe gerichtet wird. Dichte Bereiche streuen die Elektronen, was zu einem dunklen Bereich auf dem Bild führt, während Elektronen durch die weniger dichten Bereiche passieren (oder „transmittieren“) können, was zu einem helleren Bereich führt. Das Bild wird auf einem fluoreszierenden Bildschirm erzeugt und kann dann erfasst werden.

Da die Elektronen von extrem dicken Proben leicht gestreut werden, müssen Proben auf eine Dicke von 20-100 nm geschnitten werden, typischerweise indem sie in eine Art Kunststoff eingebettet und dann mit einem Diamantmesser in extrem dünne Abschnitte geschnitten werden. Die resultierenden Bilder repräsentieren eine Schicht oder Ebene der Probe.

Transmissionselektronenmikroskop.

Transmissionselektronenmikroskop. Von kallerna (Eigenes Werk) [Public domain], über Wikimedia Commons

Rasterelektronenmikroskop (REM)

Die Rasterelektronenmikroskop verwendet ebenfalls einen Elektronenstrahl, aber das Bild wird aus Sekundärelektronen gebildet, die von der Oberfläche der Probe freigesetzt und dann von einem Detektor gesammelt wurden. Aus erhabenen Bereichen der Probe werden mehr Elektronen freigesetzt, während aus versunkenen Bereichen weniger Sekundärelektronen gesammelt werden. Zusätzlich wird der Elektronenstrahl über die Probenoberfläche gescannt und erzeugt ein 3D-Bild der äußeren Merkmale.

Wenn Sie einige schöne TEM- und SEM-Mikrophotographien sehen möchten, besuchen Sie die Website von Dennis Kunkel. Die meisten wurden koloriert, aber sie sind ziemlich atemberaubend. Am anderen Ende des Spektrums befinden sich hier Bilder, die mit dem Intel Play QX3, einem Kunststoffmikroskop für Kinder, aufgenommen wurden. Seien Sie vorsichtig, Sie könnten sich auf dieser Website verlieren. Aber es ist toll zu sehen, was ein preiswertes Mikroskop in den Händen von jemandem leisten kann, der sich auskennt! Auch diese Bilder sind atemberaubend.

Rasterelektronenmikroskop-Mechanismus.

Rasterelektronenmikroskop. Von de:User:Olaboy [CC BY-SA 2.5], Via Wikipedia Commons

Mikroskopie des 21. Jahrhunderts: Rastersondenmikroskope

Mit dem Fortschritt der Technologie wurden noch leistungsfähigere Mikroskope erfunden, die sogar eine Visualisierung auf atomarer Ebene ermöglichen. Diese Mikroskope können in der Mikrobiologie verwendet werden, werden jedoch häufiger in anderen Bereichen eingesetzt, um die Visualisierung von Chemikalien, Metallen, magnetischen Proben und Nanopartikeln zu ermöglichen, wo immer eine Auflösung von 0,1 nm und eine 100.000.000-fache Vergrößerung erforderlich sind.

Die Rastersondenmikroskope werden so genannt, weil sie eine Art Sonde in den x-z-Ebenen über die Oberfläche einer Probe bewegen und es Computern ermöglichen, ein extrem detailliertes 3D-Bild der Probe zu erstellen. Die Auflösung ist so hoch, weil die Sondengröße viel kleiner ist als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts oder der Elektronen. Beide Mikroskope können zur Untersuchung von Objekten in Flüssigkeiten verwendet werden, um biologische Moleküle zu untersuchen. Es gibt zwei verschiedene Arten von Rastersondenmikroskopen, das Rastertunnelmikroskop (STM) und das Rasterkraftmikroskop (AFM):

Rastertunnelmikroskop (STM)

Die Rastertunnelmikroskop hat eine extrem scharfe Sonde mit einer Dicke von 1 Atom, die eine konstante Spannung mit der Probenoberfläche aufrechterhält, sodass Elektronen zwischen ihnen wandern können. Dieser Tunnelstrom wird aufrechterhalten, indem die Sonde angehoben und abgesenkt wird, um eine konstante Höhe über der Probe aufrechtzuerhalten. Die resultierende Bewegung wird von einem Computer verfolgt, der das endgültige Bild erzeugt.

Rastertunnelmikroskop-Mechanismus.

Rasterkraftmikroskop (AFM)

Die Rasterkraftmikroskop wurde als Alternative zum STM für Proben entwickelt, die nicht gut elektrisch leiten. Das Mikroskop verwendet einen Ausleger mit einer extrem scharfen Sondenspitze, die eine konstante Höhe über der Probe beibehält, typischerweise durch direkten Kontakt mit der Probe. Die Bewegung des Auslegers, um diesen Kontakt aufrechtzuerhalten, lenkt einen Laserstrahl ab und übersetzt ihn in ein Bild des Objekts. Auch hier werden Computer verwendet, um das Bild zu erzeugen.

Rasterkraftmikroskop-Mechanismus.

Schlüsselwörter

Vergrößerung, Robert Hooke, zusammengesetztes Mikroskop, Okularlinse, Objektivlinse, Gesamtvergrößerung, van Leeuwenhoek, einfaches Mikroskop, Abbé-Gleichung, Auflösung, Wellenlänge, numerische Apertur, Brechungsindex, Ölimmersionsobjektiv, Lichtmikroskop, Hellfeldmikroskop, Dunkel- Feldmikroskop, Phasenkontrastmikroskop, Differentialinterferenzkontrast (DIC) Mikroskop, Fluoreszenzmikroskop, Fluorochrom, konfokales Rasterlasermikroskop (CSLM), einfache Färbung, direkte Färbung, negative Färbung, Differentialfärbung, Gramfärbung, säurefeste Färbung, Elektronenmikroskop (EM), Transmissionselektronenmikroskop (TEM), Rasterelektronenmikroskop (REM), Rastersondenmikroskope, Rastertunnelmikroskope (STM), Rasterkraftmikroskop (AFM).

Wesentliche Fragen/Ziele

  1. Welche Rolle spielten Hooke und van Leeuwenhoek bei der Entwicklung der Mikroskopie? Wie unterscheiden sich ihre Beiträge?
  2. Wie unterscheiden sich Vergrößerung und Auflösung? Wie wird die Gesamtvergrößerung bestimmt?
  3. Wie erklärt die Abbé-Gleichung die Auflösung eines Mikroskops? Welche Komponenten wirken sich auf die Auflösung aus? Welche Funktion hat Immersionsöl?
  4. Kennen Sie die Hauptanwendungen und verstehen Sie die prinzipielle Mechanik der folgenden Lichtmikroskope: Hellfeld, Dunkelfeld, Phasenkontrast, Fluoreszenz und differentieller Interferenzkontrast.
  5. Wie funktioniert das konfokale Rasterlasermikroskop, um ein dreidimensionales Bild zu erzeugen? Wie verbessert es die Auflösung im Vergleich zu anderen Lichtmikroskopen?
  6. Wie wird die Färbung in der Mikroskopie verwendet? Was sind die allgemeinen Kategorien von Flecken und wie werden sie verwendet?
  7. Was sind die Vorteile und Probleme bei Elektronenmikroskopen? Was sind die effektive Vergrößerung, Auflösung und Hauptanwendungsgebiete von Elektronenmikroskopen?
  8. Wie unterscheidet sich das TEM vom REM in Funktion und Endprodukt?
  9. Wie funktionieren Rastersondenmikroskope und was können wir mit ihnen sehen? Warum sind sie für das Studium biologischer Moleküle nützlich? Was ist der Unterschied zwischen Rastertunnelung und Rasterkraftmikroskop?

Erkundungsfragen (OPTIONAL)

  1. Wie haben Mikroskope unser Verständnis von Mikroben verbessert? Was sind die Grenzen von Mikroskopen und die Informationen, die wir von ihnen erhalten?

Sie finden R.E.A.L. Science Odyssey (RSO) unterscheidet sich von allen anderen verfügbaren naturwissenschaftlichen Lehrplänen. Vor allem ist es säkular: schließt jede übernatürliche Erklärung für jedes Ereignis in der Natur aus, einschließlich der Entstehung des Lebens. Nur wissenschaftliche Untersuchungen und Theorien, die auf empirischen und messbaren Erkenntnissen basieren, werden in allen unseren RSO-Kursen als gültige und Standardwissenschaft verstanden.

Außerdem sind RSO-Kurse speziell für den Heim- und Kleingruppengebrauch geschrieben. Vollgepackt mit ernsthafter Wissenschaft und viel Spaß ist RSO ein inkrementelles Programm, das sanft auf sich selbst aufbaut und Mathematik, wissenschaftliche Methoden und naturwissenschaftliche Terminologie einbezieht. Sie wurde für wissenschaftliche Neulinge entwickelt und Sie benötigen keinen wissenschaftlichen Hintergrund, um RSO zu unterrichten.

RSO Biologie (Stufe 2) ist ein umfassender Kurs für Life Science auf der Mittelstufe bis zum Gymnasium (Klassen 5 bis 9). Aber im Gegensatz zu vielen naturwissenschaftlichen Lehrbüchern ist RSO Biologie 2 keine trockene Sammlung von Fakten und Arbeitsblättern, sondern ein vertiefender Kurs, der die Köpfe junger Menschen einbindet und gleichzeitig aktiv am Lernen der Biologie teilnimmt.

RSO Biology 2 wurde speziell für den Heim- und Kleingruppengebrauch entwickelt. Der Kurs setzt keinen wissenschaftlichen Hintergrund für Lehrer oder Schüler voraus und es ist kein teures Labor erforderlich. Biologie 2 nutzt natürliche Umgebungen, die die Schüler dazu ermutigen, die Welt um sie herum zu erkunden. Die meisten Materialien, die für Labore und Aktivitäten benötigt werden, sind häufig gefundene Gegenstände. Ein paar Gegenstände wie ein Mikroskop (Mikroskoplabore sind optional, werden aber dringend empfohlen) und Sezierpräparate sind leicht von Anbietern von wissenschaftlichem Zubehör erhältlich.

Neues Format: Der Kurs ist jetzt in drei Büchern (Studentenlehrbuch, Schülerarbeitsbuch und Lehrerhandbuch) enthalten. Das Schülerlehrbuch beginnt jedes Kapitel mit einer unterhaltsamen schriftlichen Lektion. Auf die Lektion folgen mehrere Komponenten im Schülerarbeitsbuch, die den Unterricht verstärken, die Bedürfnisse unterschiedlicher Lernstile ansprechen und die Schüler in praktisches Lernen und Forschen einbeziehen. Diese Komponenten umfassen Laborblätter, Laborberichte, Problemsätze, Aktivitäten, berühmte wissenschaftliche Forschungsaufgaben, Malblätter, Mikroskoplabore, Gedichte und Wortschatzprüfungen. Der Text des Elternteils/Lehrers bietet die gesamte Hilfe, die ein naturwissenschaftlicher Neuling benötigt, um seinen Schüler zu unterstützen, einschließlich vorgeschlagener Kursplanung, Zusammenfassungen, zusätzlichem Material und Erklärungen, Musterberichten, Lernzielen, Antworten und Vorschlägen, Tests und Quiz. Biologie 2 ist in 32 Kapitel unterteilt und bietet einen rigorosen und vollständigen Biologiekurs, der ein 36-wöchiges Schuljahr umfasst.


Liste der Top-7-Mikroskoptypen (mit Diagramm)

Liste der sieben wichtigsten Mikroskoptypen: - 1. Phasenkontrastmikroskop und shyscope 2. Interferenzkontrastmikroskop 3. Ultraviolett-Mikroskop 4. Fluoreszenzmikroskop 5. Immunfluoreszenz 6. Dunkelfeldmikroskop 7. Elektronenmikroskop.

Typ # 1. Phasenkontrast-Mikroshyskop:

Entwickelt wurde dieses Mikroskop von Fritz Zernikes (1935), einem niederländischen Physiker, der für diesen Beitrag 1953 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde. Es handelt sich um ein konventionelles Lichtmikroskop, das mit einem Phasenkontrastobjektiv und einem Phasenkontrastkondensor ausgestattet ist (Abb. 15.7).

Das Phasenkontrastmikroskop basiert auf der Tatsache, dass die Geschwindigkeit, mit der Licht durch Objekte wandert, umgekehrt proportional zu deren Brechungsindizes ist. Somit erfährt das Licht, das durch ein Objekt in ein anderes Objekt mit einem geringfügig anderen Brechungsindex tritt, eine Phasenänderung.

Diese Phasenunterschiede werden in Helligkeitsschwankungen der Objekte übersetzt, und daher werden Objekte, die sich auch nur geringfügig im Brechungsindex unterscheiden, vom Auge betrachtet. Das Phasenkontrastmikroskop hilft bei der Betrachtung lebender ungefärbter Strukturen mikrobieller Zellen. Im Gegensatz zum Interferenzkontrastmikroskop beruht das Phasenkontrastmikroskop auf einem einzigen Lichtstrahl.

Typ # 2. Interferenzkontrastmikroskop:

Dieses Mikroskop (entwickelt von Merton et al., 1947) beruht auf den zwei Lichtstrahlen, die die Probe beleuchten, und sie kombinieren sich, nachdem sie die Probe passiert haben.

Nomarski Differential Interference Contrast (NDIC) Mikroskope (Abb. 15.8A) sind die von den Mikrobiologen am häufigsten verwendeten Interferenzmikroskope. Diese Mikroskope erzeugen kontrastreiche Bilder von ungefärbten, transparenten Präparaten in einer scheinbar dreidimensionalen Darstellung.

Das dreidimensionale Bild wird erzeugt, weil die beiden Lichtstrahlen, die sehr nahe beieinander durch die Probe laufen, einen stereoskopischen Effekt erzeugen. Obwohl diese Mikroskope für qualitative Beobachtungen von ungefärbten Zellen sehr nützlich sind, erzeugen sie keine klaren Bilder, wenn das betrachtete Objekt sehr dünn ist.

Typ # 3. Ultraviolett-Mikroskop:

Da wir wissen, dass das Auflösungsvermögen eines Lichtmikroskops mit der Wellenlänge des verwendeten Lichts zusammenhängt, verringert die Wellenlänge das Auflösungsvermögen. Daher kann die Auflösung durch Verringern der Wellenlänge des Lichts verbessert werden. Das UV-Mikroskop hat diesen Vorteil.

Da Glas für ultraviolettes Licht undurchlässig ist, muss das Linsensystem aus Quarz von geeigneter Qualität bestehen und die Mikroskope sollten über Filter verfügen, um zu verhindern, dass ultraviolettes Licht die Augen erreicht. Diese Mikroskopie ist kompliziert und teuer, daher ist eine Modifikation bekannt geworden, die als Fluoreszenzmikroskopie bekannt ist.

Typ # 4. Fluoreszenzmikroskop:

Das von Coons (1945) entwickelte Fluoreszenzmikroskop (Abb. 15.8B) ist dasjenige, bei dem eine mit Fluoreszenzfarbstoff gefärbte Probe betrachtet wird. Eine fluoreszierende Substanz ist eine Substanz, die Licht einer Wellenlänge (der Anregungswellenlänge) absorbiert und Licht einer anderen Wellenlänge (der Emissionswellenlänge) emittiert.

Wenn beispielsweise der Fluoreszenzfarbstoff “Fluoresceinisothiocyanat” mit blauem Licht beleuchtet wird, emittiert er grünes Licht. Fluoreszenzmikroskope sind mit Anregungsfiltern ausgestattet, die die Auswahl der zur Beleuchtung der Probe verwendeten Wellenlänge ermöglichen, und Sperrfiltern, die verhindern, dass alle bis auf die Emissionswellenlänge die Okularlinse erreichen, wenn der Farbstoff ultraviolettem Licht ausgesetzt wird im sichtbaren Bereich liegen.

Die Fluoreszenzmikroskopie hat in der Mikrobiologie an Bedeutung gewonnen, da die Fluoreszenzfarbstoffe mit Antikörpern verknüpft werden können. Wenn sich solche Antikörper mit einem spezifischen Antigen verbinden, werden sie fluoreszierend. Somit ermöglicht diese Technik den speziellen Nachweis der Zellen eines bestimmten Bakteriumstyps in einer gemischten mikrobiellen Population.

Typ # 5. Immunfluoreszenz (Die Fluoreszenz-Antikörper-Technik):

Die Immunfluoreszenz oder die Fluoreszenz-Antikörper-Technik ist ein schnelles Verfahren, um ein unbekanntes Bakterium mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie zu identifizieren. Diese Technik basiert auf dem Verhalten bestimmter Farbstoffe (z. B. Fluoreszenzinisothiocyanat, Rhodaminisothiocyanat), die fluoreszieren (leuchten), wenn sie bestimmten Lichtwellenlängen ausgesetzt werden. Diese Farbstoffe werden als Fluoreszenzfarbstoffe bezeichnet.

Bei der Immunfluoreszenz werden die Fluoreszenzfarbstoffe chemisch mit Antikörpern kombiniert. Die Antikörper, an die ein Fluoreszenzfarbstoff gebunden ist, werden als markierte oder fluoreszierende Antikörper bezeichnet. Markierte oder fluoreszierende Antikörper werden mit einer Suspension unbekannter Bakterien vermischt.

Wird eine Probe der Mischung auf einen Objektträger gegeben und der Ausstrich fluoreszenzmikroskopisch untersucht, werden nur die Bakterien (insbesondere die Antigene, die auf ihrer Oberfläche vorhanden sind) sichtbar, die mit den spezifisch markierten oder fluoreszierenden Antikörpern reagiert haben.

Somit müssen nur wenige Bakterien im Ausstrich der zu beobachtenden Mischung vorhanden sein. Dies ist die direkte Methode, bei der der Fluoreszenzfarbstoff mit dem Antikörper kombiniert wird, der für das auf der Bakterienzelloberfläche vorhandene Antigen spezifisch ist (Abb. 15.9A).

Es gibt eine indirekte Methode der Immunfluoreszenz, bei der der anfänglich aufgebrachte Antikörper nicht markiert wird. Stattdessen wird ein zweiter markierter Antikörper gegen das Globulin der Tierart verwendet, der für die Herstellung des anfänglichen spezifischen Antikörpers verwendet wird.

Dadurch wird die Fluoreszenzmarkierung an den spezifischen Antikörper gebunden, der bereits im Abstrich mit dem Antigen reagiert hat (Abb. 15.9B). Das indirekte Verfahren ist empfindlicher, da zwei oder mehr Anti-Globulin-Moleküle an jeden Antikörper gebunden werden können, der an sein Antigen gebunden ist.

Typ # 6. Dunkelfeldmikroskop:

Die Dunkelfeldmikroskopie erlaubt die Detektion von ungefärbten kleinen biologischen Objekten, die ansonsten keinen ausreichenden Kontrast bieten. Beim Dunkelfeldmikroskop (Abb. 15.10) wird der normale Kondensor eines Lichtmikroskops durch einen Dunkelfeldkondensor ersetzt, der es nicht zulässt, dass Licht direkt durch das Objekt und damit durch das Objektiv hindurchtritt.

Der Dunkelfeldkondensor fokussiert Licht schräg auf das Objekt, so dass das Licht nicht auf das Objekt trifft und nicht in die Objektivlinse eintritt.

Somit wird nur Licht gesehen, das vom Objekt reflektiert wird, und bei Abwesenheit des Objekts erscheint das gesamte Feld dunkel. Dieses Mikroskop hilft bei der Betrachtung selbst kleiner Bakterien und großer Viren, aber es ist nicht hilfreich, die innere Struktur eines betrachteten Bakteriums zu unterscheiden.

Typ # 7. Elektronenmikroskop:

EM wurde von Knoll und Ruska (1932) erfunden. Es funktioniert nach dem Prinzip ähnlich dem eines Lichtmikroskops, nur dass ein elektromagnetisches Feld und ein Elektronenstrahl ähnlich der Wirkung einer Glaslinse und eines Lichtstrahls wirken (Abb. 15.11). Ein Elektronenstrahl, der durch ein elektrisches Feld von 100 KV beschleunigt wird, hat eine Wellenlänge von nur 0,04 nm, was etwa 10.000 mal kürzer ist als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts.

Das Auflösungsvermögen und die Vergrößerung eines Elektronenmikroskops sind daher viel höher als bei jedem Lichtmikroskop.

In einem Elektronenmikroskop (Abb. 15.12) wird ein Elektronenstrahl von einer Kathode (Elektronenkanone) projiziert und durch eine Reihe von elektromagnetischen Linsen geleitet. Die Kondensorlinse kollimiert den Elektronenstrahl auf die Probe und ein vergrößertes Bild wird durch eine Reihe von Vergrößerungslinsen erzeugt.

Die fokussierten Präparate sind nicht direkt zu sehen, ihr Bild wird durch Projektion auf einen phosphoreszierenden Schirm sichtbar gemacht. Da das Durchdringungsvermögen der Elektronen durch Festkörper gering ist, können nur sehr dünne Probenschnitte untersucht werden.

Heute werden zwei Arten von Elektronenmikroskopen verwendet.

Transmissionselektronenmikroskop (TEM):

TEM wird verwendet, um die Feinstruktur von Zellen zu sehen, die ein Objekt mit einer Größe von nur 1 nm betrachten kann. Ultradünne Schnitte der Objekte werden hergestellt, indem die Probe eingebettet oder eingefroren und mit einem Diamant- oder Glasmesser geschnitten wird. Die Schnitte werden in Wasser geschwommen und auf einem Drahtgitter aufgenommen.

Sie werden mit einem Schwermetall (Gold oder Pallidium) gefärbt, um bestimmte Teile dicht zu machen, und in die Vakuumkammer des Mikroskops eingeführt. Ein 100.000-Volt-Elektronenstrahl wird auf den Abschnitt fokussiert und durch magnetische Linsen manipuliert. Eine aus dem Bild erstellte Fotografie kann mit ausreichender Auflösung vergrößert werden, um eine Vergrößerung von 500.000 bis 1.000.000 Mal bei einer Auflösung von 1 nm zu erreichen.

Rasterelektronenmikroskop (REM):

REM (Abb. 15.13) ermöglicht es, Oberflächen von Objekten in ihrem natürlichen Zustand ohne Flecken zu sehen (Abb. 15.14). Die Probe wird in die Vakuumkammer gelegt und mit einer dünnen Goldschicht überzogen, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen und so ein weniger unscharfes Bild zu erzeugen. Der Elektronenstrahl streicht dann über das Objekt und erzeugt zeilenweise ein Bild wie bei einer Fernsehkamera.

Wenn Elektronen auf das Objekt treffen, lösen sie Elektronenschauer, die von einem Detektor eingefangen werden, um das Bild zu erzeugen. Die Vergrößerung mit diesem Mikroskop ist auf etwa das 10.000-1.000.000-fache bei einer Auflösung von 1-10 nm begrenzt.


Systemtyp

Hellfeld Mikroskope verwenden durchgelassenes (von unten beleuchtetes) weißes Licht, das von dichteren (dunkleren) Bereichen der Probe absorbiert wird, um Kontrast zu erzeugen.

Dunkles Feld Mikroskope verbessern den Kontrast in ungefärbten, transparenten Präparaten. They use scattered light that is not collected by the objective lens and so the light will not form part of the image. As a result, the specimen is illuminated against a dark background.

Epi-Fluorescence microscopes use the phenomena of fluorescent and phosphorescent light instead of, or in addition to, reflection and absorption.

Inverted microscopes are used to view specimens that require more working space than a slide. For example, specimens in containers such as petri dishes. They are also used for polished metal specimens where reflected light is required. The objectives are located below the stage while the light source and condenser are above the stage.

Metallurgical microscopes are a form of inverted microscope. They are designed for opaque or polished metal specimens that require high magnifications, but with reflected illumination (more typical in a stereo microscope).

Phasenkontrast microscopes enable greater contrast in transparent specimens (protozoa etc) without the use of stains. Invented by Fritz Zernike, they convert small phase shifts in the light passing through the specimen into changes in contrast.

Polarizing microscopes employ polarized light that show changes in internal structure and composition of material not discernible with ordinary light.

tragbar microscopes employ rechargeable LED batteries so they can be used outside in the field.

Lehren microscopes employ two or more microscope heads so that teacher and students can view the specimen, simultaneously.


Inhalt

Two-photon excitation employs two-photon absorption, a concept first described by Maria Goeppert Mayer (1906–1972) in her doctoral dissertation in 1931, [3] and first observed in 1961 in a CaF2:Eu 2+ crystal using laser excitation by Wolfgang Kaiser. [4] Isaac Abella showed in 1962 in caesium vapor that two-photon excitation of single atoms is possible. [5]

Two-photon excitation fluorescence microscopy has similarities to other confocal laser microscopy techniques such as laser scanning confocal microscopy and Raman microscopy. These techniques use focused laser beams scanned in a raster pattern to generate images, and both have an optical sectioning effect. Unlike confocal microscopes, multiphoton microscopes do not contain pinhole apertures that give confocal microscopes their optical sectioning quality. The optical sectioning produced by multiphoton microscopes is a result of the point spread function of the excitation: the multiphoton point spread function is typically dumbbell-shaped (longer in the x-y plane), compared to the upright rugby-ball shaped point spread function of confocal microscopes. The concept of two-photon excitation is based on the idea that two photons, of comparably lower photon energy than needed for one photon excitation, can also excite a fluorophore in one quantum event. Each photon carries approximately half the energy necessary to excite the molecule. Excitation results in the subsequent emission of a fluorescence photon with the same quantum yield that would result from conventional single-photon absorption. The emitted photon is typically at a higher energy (shorter wavelength) than either of the two exciting photons. The probability of the near-simultaneous absorption of two photons is extremely low. Therefore, a high peak flux of excitation photons is typically required, usually generated by femtosecond pulsed laser. The purpose of employing the two-photon effect is that the axial spread of the point spread function is substantially lower than for single-photon excitation. As a result, the extent along the z dimension is improved, allowing for thin optical sections to be cut. In addition, in many interesting cases the shape of the spot and its size can be designed to realize specific desired goals. [6] The longer wavelength, lower energy (typically infrared) excitation lasers of multiphoton microscopes are well-suited to use in imaging live cells as they cause less damage than the short-wavelength lasers typically used for single-photon excitation, so cells may be observed for longer periods with fewer toxic effects.

The most commonly used fluorophores have excitation spectra in the 400–500 nm range, whereas the laser used to excite the two-photon fluorescence lies in the

700–1000 nm (infrared) range produced by Ti-sapphire lasers. If the fluorophore absorbs two infrared photons simultaneously, it will absorb enough energy to be raised into the excited state. The fluorophore will then emit a single photon with a wavelength that depends on the type of fluorophore used (typically in the visible spectrum). Because two photons are absorbed during the excitation of the fluorophore, the probability for fluorescent emission from the fluorophores increases quadratically with the excitation intensity. Therefore, much more two-photon fluorescence is generated where the laser beam is tightly focused than where it is more diffuse. Effectively, excitation is restricted to the tiny focal volume (

1 femtoliter), resulting in a high degree of rejection of out-of-focus objects. Dies localization of excitation is the key advantage compared to single-photon excitation microscopes, which need to employ elements such as pinholes to reject out-of-focus fluorescence. The fluorescence from the sample is then collected by a high-sensitivity detector, such as a photomultiplier tube. This observed light intensity becomes one pixel in the eventual image the focal point is scanned throughout a desired region of the sample to form all the pixels of the image.

Two-photon microscopy was pioneered and patented by Winfried Denk and James Strickler in the lab of Watt W. Webb at Cornell University in 1990. They combined the idea of two-photon absorption with the use of a laser scanner. [7] [8] In two-photon excitation microscopy an infrared laser beam is focused through an objective lens. The Ti-sapphire laser normally used has a pulse width of approximately 100 femtoseconds (fs) and a repetition rate of about 80 MHz, allowing the high photon density and flux required for two photons absorption and is tunable across a wide range of wavelengths. Mode-locked Yb-doped fiber lasers with 325 fs pulses have also been employed for collagen imaging, demonstrating a penetration depth of beyond 320 μm in collagen, which is considerably superior to depths of 250 to 300 μm achievable when coupled to a conventional Ti-sapphire excitation laser.

The use of infrared light to excite fluorophores in light-scattering tissue has added benefits. [9] Longer wavelengths are scattered to a lesser degree than shorter ones, which is a benefit to high-resolution imaging. In addition, these lower-energy photons are less likely to cause damage outside the focal volume. Compared to a confocal microscope, photon detection is much more effective since even scattered photons contribute to the usable signal. These benefits for imaging in scattering tissues were only recognized several years after the invention of two-photon excitation microscopy. [10]

There are several caveats to using two-photon microscopy: The pulsed lasers needed for two-photon excitation are much more expensive than the continuous wave (CW) lasers used in confocal microscopy. The two-photon absorption spectrum of a molecule may vary significantly from its one-photon counterpart. For very thin objects such as isolated cells, single-photon (confocal) microscopes can produce images with higher optical resolution due to their shorter excitation wavelengths. In scattering tissue, on the other hand, the superior optical sectioning and light detection capabilities of the two-photon microscope result in better performance.

Main Edit

Two-photon microscopy has been involved with numerous fields including: physiology, neurobiology, embryology and tissue engineering. Even thin, nearly transparent tissues (such as skin cells) have been visualized with clear detail due to this technique. [11] Two-photon microscopy's high speed imaging capabilities may also be utilized in noninvasive optical biopsy. [12] In cell biology, two-photon microscopy has been aptly used for producing localized chemical reactions. [ clarification needed ] [10] Using two-photon fluorescence and second-harmonic generation–based microscopy, it was shown that organic porphyrin-type molecules can have different transition dipole moments for two-photon fluorescence and second harmonic generation, [13] which are otherwise thought to occur from the same transition dipole moment. [14] Non-degenerative two-photon excitation, or using 2 photons of unequal wavelengths, was shown to increase the fluorescence of all tested small molecules and fluorescent proteins. [fünfzehn]

Cancer research Edit

2PEF was also proven to be very valuable for characterizing skin cancer. [16] It had also been shown to reveal tumor cell arrest, tumor cell-platelet interaction, tumor cell-leukocyte interaction and metastatic colonization processes. [17]

Neurosciences Edit

2PEF and 3PEF are used to characterize intact neural tissues. [18]

Brain in-vivo imaging Edit

Multiphoton fluorescence (2PEF and 3PEF) is a useful mean of imaging the brain in-vivo. [19]

Through the (shaved) skull imaging of capillaries and RBCs is published at mice, suggesting greater depth and high resolution from further away than microscopy applications. This is at the paper, "In vivo Two-Photon Imaging Reveals Acute Cerebral Vascular Spasm and Microthrombosis After Mild Traumatic Brain Injury in Mice"

Simultaneous absorption of three or more photons is also possible, allowing for higher multiphoton excitation microscopy. [20] The so-called "three photons excited fluorecence microscopy" (3PEF) is the most used technique after 2PEF, to which it is complementary.

In general, all commonly used fluorescent proteins (CFP, GFP, YFP, RFP) and dyes can be excited in two-photon mode. Two-photon excitation spectra are often considerably broader, making it more difficult to excite fluorophores selectively by switching excitation wavelengths. There are several online databases of two-photon spectra, available from Cornell University[1] and the National Institute of Chemical Physics and Biophysics in Estonia. [21]

Several green, red and NIR emitting dyes (probes and reactive labels) with extremely high 2-photon absorption cross-sections have been reported. [22] Due to the donor-acceptor-donor type structure, squaraine dyes such as Seta-670, Seta-700 und Seta-660 exhibit very high 2-photon absorption (2PA) efficiencies in comparison to other dyes, [22] [23] [24] SeTau-647 und SeTau-665, a new type of squaraine-rotaxane, exhibit extremely high two-photon action cross-sections of up to 10,000 GM in the near IR region, unsurpassed by any other class of organic dyes. [22]


Compound Microscopes

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The scopes we offer have been tested and reviewed to ensure that you receive a quality product. Our technical support will help you quickly solve any problems that arise. ਌hoose from brand name scopes such as Wolfe, Swift, or Leica and enjoy the countless hours of studying organisms and prepared slides!

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Elektronenmikroskope

Ein Elektronenmikroskop (EM) beleuchtet ein Objekt (oder eine Probe), indem ein Elektronenstrahl darauf gerichtet wird, wodurch ein vergrößertes Bild der Probe erzeugt wird. Elektronenmikroskope haben aufgrund der Verwendung von Elektronen kürzerer Wellenlänge eine größere Vergrößerungsleistung als optische Mikroskope. Sie ermöglichen Vergrößerungen bis zu einer Million Mal so groß wie eine Probe, während optische Mikroskope eine Vergrößerung von nicht mehr als 1000x erreichen. Es gibt verschiedene Arten von Elektronenmikroskopen, darunter das Reflexionselektronenmikroskop (REM), das Rasterelektronenmikroskop (REM), das Transmissionselektronenmikroskop (TEM), das Niederspannungselektronenmikroskop (LVEM) und das Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM).

Proben, die unter einem Elektronenmikroskop betrachtet werden sollen, erfordern möglicherweise eine vorherige Manipulation, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Chemische Fixierung, Kryofixierung, Dehydratation, Schneiden, Färben und Ionenstrahl-Millionen sind einige der Techniken, die bei Proben angewendet werden, bevor sie vergrößert werden. Elektronenmikroskope werden in verschiedenen Bereichen der Biologie und Biowissenschaften eingesetzt, darunter Diagnose, Kryobiologie, Toxikologie, Partikelanalyse, 3D-Gewebebildgebung und Virologie.


Field of View (FOV)

In a microscope, we ordinarily observe things within a circular space (or field) as defined by the lenses. We refer to this observable area as the field of view (FOV) . Understanding the size of the FOV is important because actual sizes of object can be calculated using the Magnification of the lenses.

FOV can be described as the area of a circle:

Bereich = π r 2

What are the effects of magnification on FOV?

In image 1, we can see a model of DNA on a table with a water bottle and a large area of the room. Image 2 displays less of the room in the background but the DNA model is larger in appearance because the magnification is greater. In image 3, we no longer see evidence of a door and the DNA model is much larger than before. In image 4, we no longer see the table the model and water bottle rest upon. While the last image is largest, we see less of the surrounding objects. We have higher magnification at the cost of field of view. FOV is inversely related to the magnification level.

Field of View Calculation

  1. Examine a ruler under scanning magnification
    • Measure the diameter in mm
    • diameter= _________________
    • radius= ____________________
    • Calculate the field of view at this magnification= __________________
  2. Examine a ruler under low magnification (10x)
    • Measure the diameter in mm
    • diameter= _________________
    • radius= ____________________
    • Calculate the field of view at this magnification= ____________________
  3. What is the relationship in the between the magnification and field of view?
  4. What is the proportion of change in field of view when doubling the magnification?

The Letter “e”

  1. Orient a slide with the Letter “e” so that it is read as an “e” without magnification. complete this picture of the slide of the letter “e” with the label on the left side of the slide.
  2. Draw the “e” at scanning, low and high magnification
  3. Is the image under the microscope different from what you expected to see?
  4. Explain how the microscope terms you learned apply to each one of the images?
    1. Field of vision:
    2. Inversion:
    3. Magnification:
    4. Par focal:
    5. Resolution:
    6. Working distance :

    At the spatiotemporal overlapping between the two pulses, the coupling between the visible and electron pulses take place. The signature of the electron-phot.

    A stage micrometer is essentially a ruler that is mounted to the microscope slide that does have units (millimeter or micrometer). When calibrating, the stag.

    The magnification of the specimen occurred due to the multiple biconvex lenses within the light microscope. As the light is passed through the thin specimen.

    An electron vacancy is created and is further filled by an electron from the higher shell and thus an X-ray is emitted to balance the difference in energy be.

    Introduction The microscope is an optical instrument that produces large images of small objects that cannot be observed by the human naked eye. There are tw.

    During the microscope lab, my partner and I learned how to properly use a microscope, calculate the field of view, and view and prepare slides. Microscopes a.

    To start these procedures a person will do a test using Colony PCR. This will be done by touching a toothpick to a selected colony and swirling with the matc.

    This step allows the sample to flow back across the matrix screen and gives a second chance for the conjugate/antigen to bind with the antibody. Pick either .

    To examine the results from the DRP1 gene inhibition, the cells had to be injected with mito-GFP. Mito-GFP is a green fluoresces gene from jellyfish. The GFP.

    In the four-week long experiment conducted in the Bio 13 Lab, we were able to conduct a genetic analysis of the yeast S. cerevisiae, particularly investigati.


    5 Different Types of Microscopes:

    1. Stereo Microscope
    2. Compound Microscope
    3. Inverted Microscope
    4. Metallurgical Microscope
    5. Polarizing Microscope

    Stereo Microscopes

    Stereo microscopes are used to look at a variety of samples that you would be able to hold in your hand. A stereo microscope provides a 3D image or "stereo" image and typically will provide magnification between 10x - 40x. The stereo microscope is used in manufacturing, quality control, coin collecting, science, for high school dissection projects, and botany. A stereo microscope typically provides both transmitted and reflected illumination and can be used to view a sample that will not allow light to pass through it.

    The following are samples often viewed under a stereo microscope: coins, flowers, insects, plastic or metal parts, printed circuit boards, fabric weaves, frog anatomy, and wires.

    This image of a penny was captured under the a coin collecting stereo zoom microscope at 20x magnification.

    Compound Microscopes

    A compound microscope may also be referred to as a biological microscope. Compound microscopes are used in laboratories, schools, wastewater treatment plants, veterinary offices, and for histology and pathology. The samples viewed under a compound microscope must be prepared on a microscope slide using a cover slip to flatten the sample. Students will often view prepared slides under the microscope to save time by eliminating the slide preparation process.

    The compound microscope can be used to view a variety of samples, some of which include: blood cells, cheek cells, parasites, bacteria, algae, tissue, and thin sections of organs. Compound microscopes are used to view samples that can not be seen with the naked eye. The magnification of a compound microscope is most commonly 40x, 100x, 400x, and sometimes 1000x. Microscopes that advertise magnification above 1000x should not be purchased as they are offering empty magnification with low resolution.

    This image of mushroom spores was captured under a compound biological microscope at 400x magnification.

    Inverted Microscopes

    Inverted microscopes are available as biological inverted microscopes or metallurgical inverted microscopes. Biological inverted microscopes provide magnification of 40x, 100x and sometimes 200x and 400x. These biological inverted microscopes are used to view living samples that are in a petri dish. An inverted microscope allows the user to place the petri dish on a flat stage, with the objective lenses housed beneath the stage. Inverted microscopes are used for in-vitro fertilization, live cell imaging, developmental biology, cell biology, neuroscience, and microbiology. Inverted microscopes are often used in research to analyze and study tissues and cells, and in particular living cells.

    Metallurgical inverted microscopes are used to examine large parts at high magnification for fractures or faults. They are similar to biological inverted microscope in the magnification provided, but one primary difference is that the samples are not placed in a petri dish, but rather a smooth side of the sample must be prepared so it can lay flat on the stage. This smooth sample is polished and is sometimes referred to as a puck.

    Metallurgical Microscopes

    Metallurgical microscopes are high power microscopes designed to view samples that do not allow light to pass through them. Reflected light shines down through the objective lenses providing magnification of 50x, 100x, 200x, and sometimes 500x. Metallurgical microscopes are utilized to examine micron level cracks in metals, very thin layers of coatings such as paint, and grain sizing.

    Metallurgical microscopes are utilized in the aerospace industry, the automobile manufacturing industry, and by companies analyzing metallic structures, composites, glass, wood, ceramics, polymers, and liquid crystals.

    This image of a piece of metal with scratches on it was captured under a metallurgical microscope at 100x magnification.

    Polarizing Microscopes

    Polarizing microscopes use polarized light along with transmitted and, or reflected illumination to examine chemicals, rocks, and minerals. Polarizing microscopes are utilized by geologists, petrologists, chemists, and the pharmaceutical industry on a daily basis.

    All polarizing microscopes have both a polarizer and an analyzer. The polarizer will only allow certain light waves to pass through it. The analyzer determines the amount of light and direction of light that will illuminate the sample. The polarizer basically focuses different wavelengths of light onto a single plane. This function makes the microscope perfect for viewing birefringent materials.

    This is Vitamin C captured under a polarizing microscope at 200x magnification.

    If you are unsure which type of microscope might be best for your application, contact Microscope World.


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