Microscopie (ISS) ( greacă μικρός - mic, mic și σκοπέω - văd) - studiul obiectelor folosind un microscop . Este împărțit în mai multe tipuri: microscopie optică , microscopie electronică , microscopie multifotonă, microscopie cu raze X , microscopie cu raze X cu laser și este destinată observării și înregistrării imaginilor mărite ale probei.
Inițial, microscoapele erau doar instrumente optice care foloseau fascicule de lumină vizibilă , deoarece ochiul lucrează și în intervalul de lungimi de undă optice. În consecință, microscoapele optice nu ar putea avea o rezoluție mai mică decât jumătatea lungimii de undă a radiației de referință (pentru domeniul vizibil, lungimea de undă este de 0,4–0,7 μm sau 400–700 nm) cu o mărire maximă posibilă de 2000 de ori. [unu]
Ideea unui microscop electronic de transmisie a fost să înlocuiască radiația electromagnetică de referință cu un fascicul de electroni. Se știe că, pentru a crește rezoluția microscoapelor folosind radiații electromagnetice , este necesar să se reducă lungimea de undă a radiației electromagnetice în domeniul ultraviolet până la razele X (lungimea de undă este comparabilă cu distanțele interatomice dintr-o substanță) și principala dificultate constă în focalizarea ultravioletelor și, mai ales, a razelor X.
Particularitatea interacțiunii razelor X cu materia distinge sistemele optice cu raze X de sistemele optice pentru fascicule de lumină și electroni. ( O mică abatere a indicelui de refracție al razelor X de la unitate (mai puțin de 10 −4 ) practic nu permite utilizarea lentilelor și prismelor pentru focalizarea lor . De asemenea, lentilele electrice și magnetice sunt inaplicabile în acest scop, deoarece razele X sunt inerte la câmpurile electrice și magnetice.De aceea în microscopia cu raze X, razele X sunt focalizate folosind fenomenul de reflectare exterioară totală a acestora prin planuri curbe de oglindă sau reflexie din planuri curbe cristalografice) [2] . Microscoapele cu raze X reflectorizante se bazează pe acest principiu.
Gradul de pătrundere în microlume, studiul acestuia depinde de capacitatea de a lua în considerare valoarea microelementului, de rezoluția microscopului. Cel mai adesea, rezoluția unui microscop este înțeleasă ca distanța minimă dintre obiectele distinse.
Când mărirea la care este atinsă rezoluția posibilă este depășită, limitele detaliilor imaginii se îmbină. Mărirea suplimentară a imaginii eșantionului își pierde sensul.
Microscoapele electronice au o rezoluție mult mai mare. În 2011, cea mai bună rezoluție pentru un microscop electronic cu scanare a fost de 0,4 nm, iar cea mai bună rezoluție pentru un microscop electronic cu transmisie a fost de 0,05 nm.
Ochiul uman este un sistem optic natural caracterizat printr-o anumită rezoluție, adică cea mai mică distanță dintre elementele obiectului observat (percepute ca puncte sau linii), la care pot fi încă distinse unele de altele. Pentru un ochi normal, atunci când se îndepărtează de obiect de așa-numitul. cea mai bună distanță de vedere (D = 250 mm), rezoluția medie normală este de 0,176 mm. Dimensiunile microorganismelor, majoritatea celulelor vegetale și animale, cristalele mici , detaliile microstructurii metalelor și aliajelor etc., sunt mult mai mici decât această valoare. Microscoapele optice de diferite tipuri sunt concepute pentru a observa și studia astfel de obiecte. Acum s-a făcut o descoperire în microscopia optică, în urma căreia a fost depășit criteriul fundamental Rayleigh , care constă în faptul că dimensiunea minimă a unui obiect distins este ceva mai mică decât lungimea de undă a luminii utilizate și este fundamental limitată. prin difracția radiației. Aceasta era limita a ceea ce era posibil în microscopia optică. Până de curând, era imposibil să se depășească bariera care permite distincția între structurile cu o distanță între elemente de până la 0,20 μm .
Cu toate acestea, cea mai recentă dezvoltare remarcabilă a sistemului optic al unui nanoscop cu o rezoluție optică de 10 nm a extins gama de microscopie optică - nanoscopie la zeci de nanometri , ceea ce, în comparație cu 0,20 microni , a redus distanța dintre elementele distinse printr-un factor de 20. (De exemplu, dimensiunea moleculelor de proteine care alcătuiesc corpul nostru variază de la 3 la 10 nm ) [3] .
Oamenii de știință germani Stefan Hell și Mariano Bossi de la Institutul de Chimie Biofizică au dezvoltat în 2006 un nanoscop care permite observarea obiectelor cu o dimensiune de aproximativ 15 nm [4] .
Oamenii de știință ruși de la Universitatea Politehnică de Stat din Tomsk au îmbunătățit nanoscopul folosind nu microlentile, ca în configurația clasică, ci rețele speciale de difracție cu plăci de aur. Când se obține o imagine dintr-un astfel de dispozitiv, efectul de apodizare de amplitudine anormală, rezonanța Fabry-Perot și rezonanța Fano sunt declanșate simultan. Împreună, ele ajută la creșterea rezoluției, în comparație cu un rețele de difracție convenționale, până la 0,3 λ. [5]
Microscopia electronică folosește un fascicul de electroni în loc de raze de lumină pentru a construi o imagine. Acest lucru face posibilă creșterea rezoluției unui microscop electronic în comparație cu un microscop cu lumină de sute de ori.
Primul prototip funcțional al unui microscop electronic a fost construit în 1932 de E. Ruska și M. Knoll; în 1986, Ruska, împreună cu alți dezvoltatori de microscoape electronice, a primit Premiul Nobel pentru Fizică pentru această dezvoltare . Producția în serie de microscoape electronice a început la sfârșitul anilor 1930.
Rezoluția metodelor de microscopie cu raze X atinge practic 100 nm , care este de 2 ori mai mare decât cea a microscoapelor optice (200 nm). Teoretic, microscopia cu raze X face posibilă obținerea unei rezoluții cu 2 ordine de mărime mai bună decât cea optică (deoarece lungimea de undă a razelor X este cu 2 ordine de mărime mai mică). Cu toate acestea, un microscop optic modern - nanoscop are o rezoluție de până la 3-10 nm.
Microscop cu sondă de scanare - un microscop pentru obținerea unei imagini a suprafeței și a caracteristicilor sale locale. Procesul de imagistică se bazează pe scanarea suprafeței cu o sondă. În cazul general, permite obținerea unei imagini tridimensionale a suprafeței (topografie) cu rezoluție mare.