V век до н.э.

V век до н.э.
Начиная с этого времени, греческие философы начали задумываться над истинной
причиной распространения света. Великий Пифагор с потрясающей прозорливостью
считал, что объекты становятся видимыми благодаря выстреливаемым ими маленьким
частицам, которые попадают в глаз человека. Эта идея позднее была возрождена
Ньютоном в XVII веке и Эйнштейном в XX веке.
II до н. э.
Развивается теория построения изображения кривыми зеркалами, подтверждая предание,
по которому Архимед поджег римский флот около Сиракуз, сконцентрировав солнечный
свет специальными «зажигательными» вогнутыми зеркалами. Достоверен этот факт или
нет, мы не знаем, но он, по крайней мере, указывает на то, что теория такого зеркала была
известна.
130 н. э.
Великий Птолемей из Александрии провел первые измерения преломления в воде, но не
смог установить закономерность, связывающую способность к преломлению с величиной
угла, на который отклоняется свет. И только в 1621 г. датчанин В. Снелиус (V. Snellius)
вывел этот точный закон.
13-15-e века
Птолемей, описывавший свойства линз, не дошел до мысли об очках. Однако, ученый
монах Роджер Бэкон (R. Bacon), познакомившись с трудами арабского ученого XI века
Альгазена (Algazen), которые к этому времени были переведены на латынь во второй
половине XIII века, обратил внимание на действие вогнутой линзы, помогавшей видеть
дальнозорким. Однако изобретение Бэкона было проклято церковью, а сам он был брошен
1
на 10 лет в тюрьму.
Закон Снелиуса
sin 1 n2

sin  2 n1
Principal planes
Object
F
F
O
Image
a
f
f
a
Геометрия световых лучей в
простейшем случае
однолинзового микроскопа
подчиняется закону
aa′ = ff ′
Увеличение изображения
равно
–f/a.
Отрицательный знак означает
перевернутое изображение.
2
Дифракционное ограничение разрешающей способности линзы
Кольца
Слева. Геометрия, используемая для определения разрешения двух точек с помощью
линзы. В центре. Каждая освещенная точка на объекте будет появляться в виде набора
колец в поле изображения (Кольца Айри). Справа. Зависимость интенсивности света,
испускаемого источником света диаметром d от расстояния х.
r
0 .6 
r
sin 
Разрешение зависит от способности разделить кольца одно от другого. Критерием для
определения разрешения является расстояние Релея, т. е. минимальное расстояние,
отделяющее друг от друга два кольца, которые необходимо разрешить. Минимальное
3
Релеевское разрешение теоретически равно половине длины волны света, используемого
для получения изображения.
Середина 15 века
A. Leeuwenhoek (XVI век) H. Jansen, и его сын
Zacharias.
Первое появление линзы, как оптического прибора.
Создание микроскопа с разрешающей способностью
1.35 μм.
Вторая половина 19 века.
E. Аббе ввел понятие численной апертуры и построил
первую иммерсионную линзу.
0.6
r
n sin 
Согласно Аббе дифракционный предел разрешения
линзы составляет ½ длины волны падающего света.
4
Проблема контраста
Темно-польная микроскопия
Фазово-контрастная микроскопия
Поляризационная микроскопия
Интерференционная микроскопия
Флуоресцентная микроскопия
Проблема разрешения
Конфокальная микроскопия
Микроскопия ближнего поля
Стимулированная флуоресцентная микроскопия
5
Конфокальная микроскопия
1951 г. Янг и Робертс a предложили идею конфокальной микроскопии
В середине 50-ых М. Минский описал принципиальные черты аппаратуры
для получения
изображения. Он же построил первый конфокальный
микроскоп и демонстрировал необычайно четкие изображения глубоких слоев
клетки, без необходимости получения тонких срезов.
6
Конфокальная микроскопия
Индивидуаль
ные
гепатоциты
Распределение гепатоцитов крысы окрашенных родамином 123, в клетке. Слева, изображение в
обычном микроскопе. Индивидуальные гепатоциты выявляются только по краям клетки, где ее
толщина минимальна. Справа, изображение в конфокальный микроскопе. Индивидуальные
7
гепатоциты выявляются по всей клетке.
Иммунофлуоресцентное изображение пары сливающихся клеток в
профазе I. Микротрубочки изображены зеленым, ядра синим.
Проекции получены с помощью Zeiss LSM510 конфокального лазерного
8
сканирующего микроскопа
Микроскопия ближнего поля.
1928. E. Synge привлек внимание физической общественности к идее микроскопии ближнего
поля (near-field scanning microscope, NSOM). Он утверждал, что апертура, освещаемая
источником света с длиной волны λ и имеющая размеры меньше λ, может рассматриваться как
источник света меньшей длины волны, при условии, что исследуемый объект располагается
очень близко к такому источнику (< λ).
Центральный момент
микроскопии ближнего поля –
отсутствие линзы, как таковой.
Поэтому законы дифракции
дальнего поля не работают в
микроскопии ближнего поля.
Как следствие этого
теоретический предел
разрешения в безлинзовом
микроскопе может быть
меньше длины волны
излучения в несколько раз.9
Микроскопия ближнего поля как безлинзовая микроскопия
Оптическое
волокно
Одиночная молекула
~ 1000Å
«Удилище»
Одиночные молекулы
сульфородамина на стеклянной
поверхности.
Комбинация микроскопии ближнего
поля и микроскопии силового поля.
10