المجهر

مقدمة في المجاهر وتشغيلها. ويغطي الفحص المجهري برايتفيلد ، والفحص المجهري الفلوري ، والمجهر الإلكتروني.

 

مقدمة


إذا قابلت عددًا قليلاً من علماء الأحياء الخلوية وسألتهم عما يستمتعون به أكثر في عملهم ، فستجد أنه يتلخص في شيء واحد فقط: في السر ، إنهم جميعًا مدمنون على المجاهر. في نهاية اليوم ، ما يحبونه حقًا هو القدرة على الجلوس في غرفة مظلمة صغيرة لساعات ومراقبة نوع الخلية المفضل لديهم من خلال عدسة المجهر. قد يبدو هذا غريبًا ، لكن الحقيقة هي أن الخلايا يمكن أن تكون جميلة جدًا ، مثل الزجاج الملون الحي. أحد الأمثلة المفضلة لدي هو الصورة أدناه التي تُظهر الخلايا في ورقة صغيرة من نبات Arabidopsis thaliana ، وهو نبات مزهر صغير متعلق بالخردل.


صورة مجهرية متحد البؤر لورقة أرابيدوبسيس صغيرة ، مع علامة تحدد الخلايا وعلامات أخرى تشير إلى الخلايا الفتية من سلالة الثغور (الخلايا التي ستؤدي في النهاية إلى ظهور الثغور ، والصمامات الخلوية المستخدمة لتبادل الغازات).

هذه الصورة ليست صورة مجهرية بسيطة. إنها صورة فلورية لنبات مُعد خصيصًا ، حيث تم تمييز الأجزاء المختلفة للخلية لجعلها تتوهج. ومع ذلك ، فإن هذا النوع من الجمال والتعقيد موجود في كل مكان حولنا ، سواء كنا قادرين على رؤيته أم لا.


يمكنك العثور على خلايا بها مثل هذه الأنماط المعقدة والجميلة في أي نبات تنظر إليه ، من الورود في حديقتك ، إلى العشب الذي ينمو في الشقوق في الرصيف ، إلى الجزر الذي تناولته لتناول وجبة خفيفة. هذا لا يقتصر على النباتات: يمكننا أن نجد طبقات رائعة من الخلايا في جلدك ، في جناح حشرة وفي أي نسيج حي آخر تريد رؤيته. نحن والعالم من حولنا كاتدرائيات مصنوعة من خلايا. نحتاج فقط إلى مجهر لتقديره.


المجاهر والعدسات


على الرغم من اختلاف أحجام الخلايا ، إلا أنها صغيرة جدًا بشكل عام. على سبيل المثال ، يبلغ قطر خلية الدم الحمراء البشرية النموذجية حوالي ثمانية ميكرون (0.008 ملم). لوضعها في السياق ، يبلغ قطر رأس الدبوس حوالي ملليمتر واحد ، لذلك يمكن اصطفاف حوالي 125 خلية دم حمراء عبر رأس دبوس. مع بعض الاستثناءات ، لا يمكن رؤية الخلايا الفردية بالعين المجردة ، لذلك يجب على العلماء استخدام المجاهر ( micro - = "small" ؛ - scopio = "see") لدراستها. A المجهر إنها أداة تقوم بتكبير الأشياء الصغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها ، مما ينتج عنه صورة يظهر فيها الكائن أكبر. يتم التقاط معظم صور الخلايا باستخدام المجهر ، وتُعرف هذه الصور أيضًا باسم الصور المجهرية .


من التعريف أعلاه ، يمكننا التفكير في المجهر على أنه مجرد نوع من العدسة المكبرة. في الواقع ، تعتبر العدسات المكبرة مجاهرًا ، وبما أنها تحتوي على عدسة واحدة فقط ، فإنها تسمى المجاهر البسيطة . أكثر الأدوات التي نراها مجاهرًا تعقيدًا هي مجاهر مركبة ، مما يعني أنها تحتوي على عدسات متعددة. نظرًا للطريقة التي يتم بها تثبيت العدسات ، يمكنها أن تنكسر الضوء لإنتاج صورة أكبر بكثير من تلك الموجودة في العدسة المكبرة.


في المجهر المركب ذي العدستين ، يكون لترتيب هذه نتيجة مثيرة للاهتمام: اتجاه الصورة التي تراها هو عكس الكائن الحقيقي الذي تقوم بفحصه.1. على سبيل المثال ، إذا كنت تنظر إلى ورقة جريدة مطبوع عليها الحرف "e" ، فإن الصورة التي تراها من خلال المجهر ستكون "ə". لا تنتج المجاهر المركبة الأكثر تعقيدًا صورة مقلوبة لأنها تتضمن عدسة إضافية تعيد الصورة إلى حالتها الطبيعية.


ما الفرق بين المجهر الأساسي والآلة القوية المستخدمة في معمل الأبحاث؟ هناك عاملان مهمان بشكل خاص في الفحص المجهري: التكبير والدقة.


  • التكبير هو مقياس لمدى حجم المجهر (أو مجموعة العدسات في المجهر) الذي يمكن أن يجعله يبدو وكأنه كائن. على سبيل المثال ، تعمل المجاهر الضوئية الشائعة في المدارس الثانوية والجامعات على تكبير كائن يصل إلى 400 ضعف الحجم الفعلي. لذلك إذا كان عرض شيء ما 1 مم في الواقع ، فسيكون عرضه في الصورة المجهرية 400 مم.


  • و قرار المجهر أو عدسة هو أقصر مسافة بين نقطتين في التي يمكن تمييزها ككائنات منفصلة. كلما انخفضت هذه القيمة ، زادت قوة التحليل للميكروسكوب وكانت حدة الصورة وتفاصيلها أفضل. إذا كانت خليتان بكتيريتان متقاربتان من بعضهما البعض على شريحة ، فقد يُنظر إليهما على أنهما بقعة ضبابية واحدة على مجهر منخفض الدقة ، لكنهما سيظهران ككيانين منفصلين على مجهر عالي الدقة.


يعد كل من التكبير والدقة أمرًا مهمًا إذا كنت ترغب في الحصول على صورة حادة لشيء صغير جدًا. على سبيل المثال ، إذا كان المجهر به تكبير عالي ولكن دقة منخفضة ، فكل ما ستحصل عليه هو نسخة أكبر من صورة ضبابية. تختلف أنواع المجاهر المختلفة في تكبيرها ودقتها.


مايكروسكوب بصري


تصنف معظم مجاهر الطلاب على أنها مجاهر بصرية . في المجهر الضوئي ، يمر الضوء المرئي عبر العينة (العينة البيولوجية التي تنظر إليها) وينحني من خلال نظام العدسة ، مما يسمح للمستخدم بمشاهدة صورة مكبرة. تتمثل إحدى مزايا الفحص المجهري بالضوء في أنه يمكن إجراؤه غالبًا على الخلايا الحية ، مما يجعل من الممكن مراقبة الخلايا وهي تقوم بسلوكياتها الطبيعية (على سبيل المثال ، الهجرة أو الانقسام) تحت المجهر.


المجهر الضوئي ، وهو النوع الشائع في مختبرات الأحياء في المدارس الثانوية والكليات.

عادة ما تكون المجاهر المعملية للطلاب عبارة عن مجال مشرق ، مما يعني أن الضوء المرئي يمر عبر العينة ويشكل صورة مباشرة دون تعديل. تستخدم بعض الأشكال الأكثر تعقيدًا من المجهر الضوئي حيلًا بصرية لتحسين التباين ، مما يجعل رؤية تفاصيل الخلايا والأنسجة أسهل.


نوع آخر من الفحص المجهري للضوء هو الفحص المجهري الفلوري ، والذي يستخدم لتصوير العينات التي تتألق (تمتص الضوء بطول موجي واحد وتنبعث منه آخر). يستخدم الضوء ذو الطول الموجي لإثارة جزيئات الفلورسنت ، ويتم جمع الضوء ذي الطول الموجي الآخر الذي ينبعث منه واستخدامه لتشكيل صورة. في معظم الحالات ، لا يكون جزء الخلية أو النسيج الذي نريد رؤيته متوهجًا بشكل طبيعي ، لذلك يجب تمييزه بصبغة فلورية قبل وضعه تحت المجهر.


تم التقاط الصورة الورقية في بداية هذه المقالة باستخدام تقنية مجهرية الفلورسنت المتخصصة تسمى الفحص المجهري متحد البؤر . يستخدم مجهر متحد البؤر الليزر لإثارة طبقة رقيقة من العينة ويجمع الضوء المنبعث من الطبقة المستهدفة فقط ، مما ينتج عنه صورة حادة دون تدخل من جزيئات الفلورسنت في الطبقات المحيطة.


مجهر الكتروني


يمكن لبعض أنواع المجهر الضوئي الحديث (بخلاف التقنيات المذكورة للتو) إنتاج صور عالية الدقة. ومع ذلك ، إذا كنت تريد أن ترى شيئًا صغيرًا للغاية وبدقة عالية جدًا ، فقد تفضل استخدام تقنية مختلفة ومثبتة: المجهر الإلكتروني .


تختلف المجاهر الإلكترونية عن المجاهر الضوئية من حيث أنها تستخدم شعاعًا من الإلكترونات بدلاً من شعاع من الضوء لتصوير عينة. للإلكترونات طول موجي أقصر بكثير من الضوء المرئي وهذا يجعل المجاهر الإلكترونية قادرة على الحصول على صور ذات دقة أعلى من المجاهر الضوئية القياسية. يمكن استخدام المجاهر الإلكترونية لفحص الخلايا ، ولكن أيضًا لرؤية الهياكل الخلوية والمقصورات الموجودة داخلها.


ومع ذلك ، فإن لديهم قيودًا: يجب أن تكون العينات التي سيتم فحصها تحت المجهر الإلكتروني تحت الفراغ (وتتطلب عمومًا التحضير من خلال عملية تثبيت طويلة) ، مما يعني أنه من غير الممكن مراقبة الخلايا الحية.


في الصورة أعلاه ، يمكنك مقارنة شكل بكتيريا السالمونيلا على صورة مجهرية بصرية (يسار) ، مع صورة ملتقطة بمجهر إلكتروني (يمين). تظهر البكتيريا على شكل نقاط أرجوانية صغيرة في صورة المجهر الضوئي ، بينما في صورة المجهر الإلكتروني ، يمكنك رؤية شكلها وملمس سطحها بوضوح ، بالإضافة إلى تفاصيل الخلايا البشرية التي تحاول غزوها.


صورة من مجهر الكتروني.  إنه كبير جدًا ، بحجم موقد صناعي تقريبًا.

هناك نوعان رئيسيان من المجهر الإلكتروني. في المسح المجهري الإلكتروني ( SEM ) ، تتحرك حزمة من الإلكترونات ذهابًا وإيابًا عبر سطح الخلية أو الأنسجة ، مما يخلق صورة مفصلة ثلاثية الأبعاد للسطح. يستخدم هذا النوع من الفحص المجهري لتصوير بكتيريا السالمونيلا الموضحة أعلاه ، على اليمين.


في المقابل ، في المجهر الإلكتروني للإرسال ( TEM ) ، يتم تقطيع العينة إلى شرائح رفيعة للغاية (باستخدام قاطع ذو حواف ماسية) قبل وضعها تحت المجهر ، ويمر شعاع الإلكترون عبر العينة بدلاً من مسح سطحها . غالبًا ما يستخدم MET للحصول على صور مفصلة للهياكل الداخلية للخلايا.


المجاهر الإلكترونية ، مثل التي تظهر هنا ، أكبر بكثير وأكثر تكلفة من المجاهر الضوئية القياسية ، وهو أمر لا يثير الدهشة بالنظر إلى الجسيمات دون الذرية التي تتعامل معها!

أحدث أقدم