خانه / آشنایی با تجهیزات پزشکی / میکروسکوپ ها / میکروسکوپ های آزمایشگاهی

میکروسکوپ های آزمایشگاهی

میکروسکوپ وسیله‌ای است که برای بزرگ کردن تصویر اجسام کوچک و آشکار کردن جزئیات ساختارهایی که با چشم غیر مسلح قابل رویت نیست استفاده می شود. اختراع این وسیله انقلابی در علم زیست شناسی ایجاد کرد. میکروسکوپ‌ها عمدتا در مراکز بهداشتی درمانی برای آزمایشات، جراحی و تست های آزمایشی بالینی به کار گرفته می شوند.

BMEcenter.ir

BMEcenter.ir


 طبق تکنیک استفاده شده برای بزرگنمایی نمونه و نوع کاربرد آن میکروسکوپ های گوناگونی وجود دارد. سه نوع اصلی میکروسکوپ هایی که در پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: ۱) میکروسکوپ های نوری، جهت استفاده آزمایشگاهی یا جراحی که نمونه در مسیر نور (ممکن است یک نور سفید متشکل از تمام طول موج های مرئی، نور ماوراء بنفش یا بندرت نور مادون قرمز باشد) قرار می گیرد ۲) میکروسکوپ الکترونی، که برای روشن سازی و شکل گیری یک تصویر جهت نمایش در یک صفحه فلورسنت یا عکاسی، به جای نور از الکترون استفاده می کند و بدین ترتیب امکان بزرگ نمایی، تفکیک و رزولوشن بیشتری نسبت به میکروسکوپ های نوری فراهم می‌کند. این نوع میکروسکوپ برای مشاهده ساختارهای سلولی و مولکولی بسیار مناسب است  و ۳) میکروسکوپ های کاوشگر، که منبع نور تکفامی را از یک لیزر استفاده شده ارسال می کند. عملکرد میکروسکوپ های لیزر-پویشگر بر حسب رزولوشن نوری، عمق کنتراست و حساسیت آشکارسازی نسبت به میکروسکوپ های نوری متداول، بهتر گزارش شده است. تصاویر میکروسکوپ های لیزر-پویشگر در مانیتورهای ویدیویی رزولوشن بالا  نمایش داده می شود.
میکروسکوپ نوری
اختراع این وسیله ریزنما در حدود سال ۱۷۰۰ میلادی توسط دانشمندی هلندی، آنتوان وان لیون هوک  صورت گرفت. البته هیچ کدام از میکروسکوپ های ساخت وی امروزه موجود نیست، چرا که پس از مرگ او، دستگاه های او که ساخته شده از طلا و نقره بودند توسط خانواده اش به فروش رفت. سال ها پس از اختراع میکروسکوپ، از آن به عنوان وسیله ای تفریحی استفاده می شد.
میکروسکوپ های نوری امروزی نسبت به ساخته وان لیون هوک پیشرفت های بسیاری کرده اند و بیشترین کاربرد آن ها در تحقیقات زیست شناسی و پزشکی است. اجزای اصلی سازنده این میکروسکوپ ها عبارت از پایه، لوله ( تک چشمی monocular و دو چشمی )binocular، صفحه میکروسکوپ و گیره های صفحه به عنوان بخش مکانیکی و عدسی ها (عدسی های شیئی و چشمی)، چشمه نور و کندانسور به عنوان بخش نوری هستند. کلیه بخش ها روی پایه دستگاه که معمولا وزن زیادی دارد سوار شده اند. عدسی های شیئی وظیفه تهیه تصویر بزرگ (و معکوس) از شیء مورد نظر را به عهده دارند که اغلب به دو صورت خشک و روغنی  استفاده می شوند. عدسی های چشمی عدسی های محدبی بوده که تصاویر به دست آمده از عدسی های شیئی را بزرگ کرده و تصویر مجازی ایجاد می کنند. چشمه نور که نقش مهمی در تهیه تصویر مناسب دارد، در میکروسکوپ های قدیمی تر به صورت مجزا بوده، حال آنکه در میکروسکوپ های مدرن چشمه نور در داخل دستگاه تعبیه شده است. چشمه نور در میکروسکوپ می تواند انواع مختلف لامپ باشد. در میکروسکوپ های ارزان قیمت از لامپ تنگستن استفاده می شود، لامپ های هالوژن که متشکل از یک رشته تنگستن در گاز هالوژن است، از قیمت نسبت پایینی برخوردارند و نوری سفید تولید می کنند. از دیگر لامپ های مورد استفاده در میکروسکوپ های نوری، لامپ های گزنون و جیوه ای هستند که قیمت بیشتری دارند و از طریق تخلیه الکتریکی کار می کنند. پایداری لامپ های گزنون از لامپ های جیوه ای بیشتر است. کندانسورها نیز جهت متمرکز کردن نور بر روی نمونه تعبیه شده اند و انواع مختلفی مانند کندانسور با عدسی متحرک، کندانسور آکرومات و …  دارند.
اساس کار میکروسکوپ های نوری بدین ترتیب است که جسم بین مرکز و کانون عدسی شیئی که عدسی محدبی است قرار می گیرد، این عدسی ها تصویری حقیقی، بزرگ تر و معکوس ایجاد می کنند، حال این تصویر حقیقی در فاصله کانونی عدسی محدب دیگری که همان عدسی چشمی است قرار گرفته و تصویری مجازی، با بزرگنمایی چندین برابر بیشتر و مستقیم نسبت به شیی ایجاد می شود. این تصویر از داخل لوله میکروسکوپ توسط چشم قابل مشاهده است.
نوعی از میکروسکوپ های نوری، که به میکروسکوپ های درماتولوژی معروفند، برای ریزبینی سطح پوست استفاده می شوند. اکثر این میکروسکوپ ها برای سنجش رنگ‌های مختلف و بررسی ضایعات پیگمان‌های پوستی استفاده می شوند.
میکروسکوپ های نوری آزمایشگاهی نیز انواع مختلفی دارند. یک نوع میکروسکوپ نوری آزمایشگاهی زمینه روشن است. در این میکروسکوپ ها نور سفید به صورت محوری به نمونه تابیده می شود، بدین ترتیب نمونه در برابر یک زمینه روشن ظاهر می شود. اکثر نمونه های میکروسکوپی مقطعی نازک و رنگ آمیزی شده هستند که برای شناسایی جزئیات سطح و ساختار آن‌ها نیاز به میکروسکوپ های زمینه روشن داریم. این میکروسکوپ ها بسته به میزان پیچیدگی در لابراتوارهای آنالیز ادرار، خون شناسی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار می گیرند. نوع دیگر میکروسکوپ نوری آزمایشگاهی، میکروسکوپ های زمینه تاریک هستند که به صورت زاویه دار و کج به نمونه نور می تابانند، ازاین‌رو نمونه در برابر زمینه ای تاریک، به صورت روشن دیده می‌شود. تاژک ها، اسپیروکت ها، باکتری ها و نمونه هایی از این قبیل با این روش بسیار خوب دیده می شوند.  اکثر میکروسکوپ های زمینه تاریک به صورت زمینه روشن نیز قابل استفاده هستند. این میکروسکوپ ها در میکروب شناسی و سلول شناسی مورد استفاده قرار می گیرد. دسته سوم از میکروسکوپ های نوری آزمایشگاهی، میکروسکوپ های نور قطبیده )Polarized Light( هستند که نور قطبیده به دستیابی به کنتراست بالاتر و جزئیات واضح تر که در روش های دیگر قابل رویت نیستند (به خصوص در نمونه های ناهمسانگرد و انکسار مضاعف) کمک می کند. در نتیجه تداخل مخرب رنگ زمینه یا نتایج رنگی، می توان اطلاعاتی از وضعیت و ساختار نمونه به دست آورد. بعضی از میکروسکوپ های نور قطبیده را می توان به صورت زمینه روشن نیز استفاده کرد. از این میکروسکوپ ها می توان در زیست شناسی (قارچ هایی با انکسار مضاعف)، سلول شناسی (پایه خیس) و در آنالیز ادرار (کریستال های انکسار مضاعف همچون اسید اوریک) بهره جست. آخرین نوع از میکروسکوپ های نوری آزمایشگاهی، میکروسکوپ های تداخلی هستند که تفاوت های مسیر نور در نمونه را به اختلاف شدت در تصویر تبدیل می کنند. این امر با تداخل بین نوری که از میان نمونه عبور می کند و نوری که مسیر بدون مانع را دنبال می کند امکان‌پذیر می شود. متداول ترین متد استفاده شده )DIC( قطبی کردن و شکافتن نور منبع به دو پرتو است. این دو پرتو در مسیرهایی با اختلاف جزئی حرکت کرده و از میان نمونه عبور کرده و دوباره به هم می‌پیوندند. سپس اختلاف مسیر این دو پرتو به صورت تفاوت در شدت و رنگ دیده می‌شود. این میکروسکوپ ها با کنتراستی بسیار خوب برای نمونه های زنده یا بخش‌های رنگ نشده ظریف  در باکتری شناسی، خونشناسی و سلول شناسی به کار گرفته می‌شوند.
میکروسکوپ های نوری با عملکردی مشابه اما شکل و ساختاری متفاوت تر (مثلا به صورت سقفی) در اتاق عمل جهت انجام جراحی های چشمی، اعصاب و جراحی‌های زنان مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین از میکروسکوپ های نوری جهت معاینه در مواردی که به درشت نمایی نیاز است، مانند معاینات خاص چشم، پوست، گوش، حلق و بینی استفاده می شود.
برخی میکروسکوپ ها نیز قابلیت اتصال به دوربین های تصویر برداری و سیستم های ویدیویی را دارند تا بتوان نتایج را توسط مانیتور یا چاپگر ویدیویی نمایش داد. این سیستم ها معمولا متشکل از یک مبدل هستند که برای اتصال یک دوربین ویدیویی (معمولا )CCD به سیستم نوری میکروسکوپ و پردازشگر تصویر استفاده می‌شود. علاوه بر آن دارای مانیتور و سیستم ضبط کننده نیز هستند. اکثر این نوع سیستم‌ها مجهز به تجهیزات اضافی جهت اندازه گیری و علامت گذاری تصاویر هستند. این سیستم‌های ویدیویی در پزشکی کاربردهایی نظیر اندازه گیری سطوح متقاطع بافت ها و قطر رگ ها، همچنین در برخی اعمال تشخیصی و درمانی  دارد.
میکروسکوپ های الکترونی
به منظور دستیابی به بزرگنمایی بیشتر، تحقیقات زیادی روی میکروسکوپ ها انجام شد، که نتیجه آن ها دستیابی به میکروسکوپ‌های الکترونی بود. اولین میکروسکوپ الکترونی  در سال ۱۹۳۹ میلادی ساخته شد. امروزه قوی ترین میکروسکوپ الکترونی به نام پیکو در آلمان ساخته شده است که توانایی تصویر برداری ذراتی به اندازه ۵۰ پیکومتر را نیز دارد. میکروسکوپ های الکترونی برای بزرگنمایی تصویر به جای نور از پرتو الکترونی استفاده می کند و نسبت به میکروسکوپ های نوری، امکان بزرگنمایی بیشتر (نوعا ۵۰۰۰۰۰ برابر) و رزولوشن بهتر را  فراهم می کند. در این میکروسکوپ ها تصویر معمولا روی یک صفحه فلورسنت یا از طریق عکس برداری مشاهده می شود. دو نوع  بنیادی از میکروسکوپ الکترونی وجود دارد:
SEM : میکروسکوپ الکترونی روبشی که با قابلیت بزرگنمایی از ۱۰ تا ۱۰۰۰۰۰ برابر و قدرت تفکیکی از ۳ تا ۱۰۰ نانومتر تصویری سه بعدی از سطح نمونه تهیه می کند.
TEM : میکروسکوپ الکترونی عبوری اساسا مانند یک میکروسکوپ نوری کار می کند اما از پرتو الکترون به جای پرتو نور استفاده می کند. این میکروسکوپ قابلیت عکس‌برداری با بزرگنمایی ۱۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰۰ برابر و قدرت تفکیکی کوچک ‌تر از ۱ نانومتر را دارد.
برخی میکروسکوپ های الکترونی هردو تکنیک را  ترکیب می کنند. TEM ها به منظور استفاده های بالینی جهت مشخص کردن جزئیات بافت ها، سلول های تکی و ساختارها استفاده می شود. SEM ها عمدتا برای اهداف پژوهشی و تحقیقاتی استفاده می شوند و ندرتا کاربرد بالینی دارند.
در ادامه به توضیح بیشتری درباره میکروسکوپ های الکترونی می پردازیم:
میکروسکوپ الکترونی روبشی
نوعی از میکروسکوپ های الکترونی که به منظور مطالعه ساختار نمونه، برای نقشه برداری از سطح آن طراحی شده اند. ساخت اولین میکروسکوپ روبشی به حدود سال ۱۹۴۰ بر‌می‌گردد. SEM ها متشکل از یک لوله پرتاب الکترون و اتاق خلاء، یک سیستم تصویر برداری الکترومغناطیسی، یک سیستم روبشی، یک محفظه نمونه، آشکارسازهای ثانویه و پس افشان، یک محفظه دید، صفحه فلورسانت و سیستم های عکس برداری و وکیوم هستند.
سیستم تصویر برداری، یک باریکه الکترون با نقطه کانونی خوب ایجاد می کند که به صورت های افقی و عمودی منحرف می شود (سیستم روبشی.) تبادل انرژی بین باریکه الکترون و نمونه، منجر به تشعشع الکترومغناطیسی می شود که با آشکارسازی آن تصویر به وجود می آید. قبل از مشاهده باید نمونه ها پس از برش و پردازش و ثابت شدن (در برخی تجهیزات از cryofixation استفاده می شود)، روی یک سطح حمایتی سوار می‌‌شود و معمولا با یک فیلم نازک از فلزی سنگین (مانند طلا) پوشانده می‌شود. کاربرد بالینی SEM ها، دستیابی به اطلاعاتی در باره اختلالات هماتولوژیک و سطوح بیولوژیک مانند بخش های درونی و حفرات مایع کوچک است. این میکروسکوپ ها غیر از علم پزشکی در متالوگرافی، بررسی مقاطع شکست و سنجش گرادیان ترکیب شیمیایی روی نمونه های بسیار کوچک کاربرد گسترده ای دارند. البته کیفیت تصویر این میکروسکوپ ها در برخی موارد کمتر از میکروسکوپ نوری است، که گاهی محدودیت هایی نیز ایجاد کرده است.
میکروسکوپ الکترونی عبوری
میکروسکوپ های الکترونی هستند که همانند میکروسکوپ های نوری استفاده می شوند با این تفاوت که آن ها برای بزرگ نمایی تصویر، به جای نور از پرتو الکترون استفاده کرده و امکان بزرگ نمایی بیشتر و وضوحی بالاتر نسبت به  میکروسکوپ های نوری فراهم می کند. تئوری ساخت این میکروسکوپ ها از سال ۱۹۳۲ مطرح شد. میکروسکوپ الکترونی عبوری TEM( ها) از یک لوله پرتاب الکترون و اتاق خلاء، یک کندانسور الکترومغناطیسی، یک سیستم تصویر برداری الکترومغناطیسی، یک محفظه نمونه، یک محفظه دید، صفحه فلورسانت و سیستم های عکس برداری و وکیوم تشکیل شده اند. قبل از مشاهده نمونه نیز مراحلی همانند آماده سازی نمونه در SEM ها روی آن انجام می شود. TEM ها تصویری با جزئیات بسیار بالا (مثلا با بزرگ نمایی ۵۰۰۰۰۰ برابر) از بافت ها، سلول های تکی و ساختار سلول ها ایجاد می کنند. این میکروسکوپ ها اکثرا برای شناسایی انواع میکرو ارگانیسم ها (ویروس و باکتری) در نمونه های پزشکی (مثلا نمونه های بیوپسی) استفاده می شوند.
میکروسکوپ الکترونی روبشی/عبوری
میکروسکوپی که ترکیبی از مشخصه های میکروسکوپ های الکترونی روبشی و میکروسکوپ الکترونی عبوری در یک دستگاه است. اجزای سازنده این میکروسکوپ ها عبارتند از: یک لوله پرتاب الکترون و اتاق خلاء، یک کندانسور الکترومغناطیسی، یک سیستم تصویر برداری الکترومغناطیسی (مجموعه ای از عدسی ها)، یک محفظه نمونه، یک محفظه دید، صفحه فلورسانت و سیستم های عکس برداری و وکیوم و یک سیستم روبشی. اقدامات آماده سازی نمونه نیز همانند سایر میکروسکوپ‌های الکترونی است. کاربرد بالینی این میکروسکوپ های الکترونی ترکیبی، مشاهده ساختار بافت ها و سلول ها، تشخیص سلول‌های سرطانی، شناخت و تفکیک انواع بیماری های کلیوی، و گردآوری اطلاعاتی در اختلالات هماتولوژیک و سطوح بیولوژیک است.
میکروسکوپ های کاوشگر
از آنجا که نمونه های زنده در خلاء و پرتوهای الکترونی آسیب می بینند، در علوم زیست شناسی، برای بررسی نمونه های زنده در شرایط شبه بیولوژیک از میکروسکوپ‌های کاوشگر استفاده می‌شود. همچنین برای استفاده از این میکروسکوپ ها نمونه نیازی به آماده سازی ندارد و می توان بدون آماده سازی یا با کمترین آماده سازی آن را مورد آنالیز قرار داد. علاوه بر آن، این میکروسکوپ ها جهت تصویر برداری در علم مواد کاربرد زیادی دارند. میکروسکوپ های کاوشگر انواع مختلفی چون میکروسکوپ تونلی، میکروسکوپ نیروی اتمی، میکروسکوپ نیروی مغناطیسی و میکروسکوپ نیروی جانبی دارند.

پاسخ بدهید

ایمیلتان منتشر نمیشودفیلدهای الزامی علامت دار شده اند *

*