מיקרוסקופ

מיקרוסקופ אופטי פשוט

מיקרוסקופ פשוט או בשמו המדעי מיקרוסקופ אור (מירה), בניגוד למיקרוסקופ המורכב הסטנדרטי (ראו בהמשך), הוא מיקרוסקופ העושה שימוש בעדשה אחת או שתיים בלבד לצורך הגדלה. המיקרוסקופים של אנטוני ואן לוונהוק היו מורכבים מעדשה מגדילה קטנה אחת, המונחת על משטח בעל מנגנון המחזיק את התתקין הנבדק כך שלא יזוז.
יכולת ההגדלה של מיקרוסקופ האור היא הגדלה של העצם עד פי 400 מגודלו המקורי.

מיקרוסקופ אופטי מורכב

התרשים להלן מציג מיקרוסקופ מורכב. בצורתו הפשוטה ביותר, בה השתמש רוברט הוק, הייתה למיקרוסקופ זה עדשת זכוכית יחידה בעלת עומק שדה קצר עבור העצם, ועדשת זכוכית נוספת עבור העינית (אוקולר).
מיקרוסקופים אלו יהיו בדרך כלל מורכבים יותר, וגם בעדשת העצם ובעינית יש יותר מעדשה אחת. העדשות המורכבות הללו מתוכננות כך שיקטינו את חוסר המיקוד. במיקרוסקופים מודרניים, מוחלפת המראה במנורה, שתפעולה נוח יותר, והיא המאפשרת גם שינוי בעוצמה.
מיקרוסקופים מורכבים נכנסים לשימוש לצורך בחינת דוגמיות קטנות כיוון שיש להם עומק שדה מוגבל. לרוב, הם מסתמכים על אור העובר דרך הדוגמית מלמטה, ובדרך כלל נעשה שימוש בטכניקות מיוחדות כדי להגדיל את ניגודיות התמונה לרמות שימושיות.

מיקרוסקופ בינוקולרי

המיקרוסקופ הבינוקולרי תוכנן באופן שונה משני השרטוטים שלמעלה, והוא משרת מטרה שונה מעט. במיקרוסקופ זה ישנן שתי עיניות (ומכאן שמו) כדי לספק זוויות ראיה שונות מעט לכל אחת משתי העיניים. בצורה זו הוא יוצר תצוגה תלת־ממדית של העצם הנבדק.

מיקרוסקופ ניגוד מופעים

השיטה עליה מבוסס מיקרוסקופ ניגוד מופעים פותחה בידי פריץ זרניקה בשנות ה-30 של המאה ה-20, עליה זכה בשנת 1953 בפרס נובל בפיזיקה.
השוני במקדם השבירה בין תאים חיים לסביבתם המימית הוא לרוב זניח, ועל כן לא ניתן להבחין בתאים חיים במיקרוסקופ אור רגיל על רקע סביבתם המימית. כדי להבחין בתאים יש לצבוע אותם (staining), מה שמביא למותם. שיטה אחרת מנוצלת במיקרוסקופ ניגוד מופעים. במיקרוסקופ זה מנוצלות הזזות מופע קטנות בגל האור העובר דרך התא לעומת סביבתו המימית, ומתורגמות להבדלי משרעת או ניגוד, ובכך להבחין בהם. השיטה שימושית לצפייה בתאים חיים בסביבתם, במקטעי רקמה דקים ואברונים תאיים. יתרונה הגדול של מיקרוסקופיה בשיטה זו הוא ביכולתה לעקוב אחרי תהליכים תאיים בתא החי, ובין היתר, אפשרה את חקר מחזור החיים בתא.

מיקרוסקופ פלואורסצנטי

מיקרוסקופיה פלואורסצנטית היא מיקרוסקופיית אור המאפשרת זיהוי מולקולות ספציפיות באמצעות חותם ספקטרלי ובכך מתגברת על בעיית הרקע הקיימת במיקרוסקופ אור רגיל. הוא עושה זאת על ידי שימוש במנורת הלוגן חזקה ( בדרך כלל מנורת כספית) כמקור אור, מנורה כזו מספקת מגוון רחב מאוד של אורכי גל (כולל UV ), כאשר המולקולה אותה נרצה לראות נצבעת מבעוד מועד בצבע פלואורסצנטי. ניתן לצבוע אברונים מסוימים בתא בצבע פלואורסצנטי. צבע זה משמש כגלאי, העשוי חומר פלואורסצנטי. על מנת להבין את התהליך דרוש הסבר קצר על חומר פלואורסצנטי. חומר פלואורסצנטי הוא חומר שכשמקרינים עליו אור באורך גל מסוים נוצרת קפיצת אלקטרון ברמה, האלקטרון מיד חוזר לרמה הקודמת שלו, והוא עושה זאת תוך כדי פליטה של קרן אור. קרן האור הנפלטת מהאלקטרון תהיה בעלת אנרגיה נמוכה יותר מזו שהקפיצה את האלקטרון - כלומר אורך הגל יהיה ארוך יותר.
במיקרוסקופיה פלואורסצנטית מוכנס חומר פלואורסצנטי שכזה אשר נקשר/נכנס רק למולקולת מסוימות (לדוגמה לאברונים בתא) כך שרק אלו יפלטו אור באורך הגל המבוקש, כך ניתן להדגיש אברונים מסוימים מתוך הרקע.
האור נכנס ממנורת הכספית למיקרוסקופ, ופוגע מיד במסנן הראשון מתוך שניים. מסנן זה מאפשר רק לאורך גל מסוים לעבור. האור שעבר אותו ממשיך לנוע עד לפגיעה במראה המסיטה אותו אל עבר קונדנסור הדוחס את האור. הקונדנסור (שמשמש מעין מגבר) מרכז את האור אל עבר הדוגמה (הרקמה לבדיקה). החומר הפלואורסצנטי בדוגמה, מקפיץ את האלקטרונים, משנה את אורך הגל לאורך גל ארוך יותר, כך שלאחר שלב זה האור יוכל לעבור את המראה (בשלב השינוי באורך הגל). האור מגיע כעת למסנן השני, המסנן רק את אורכי הגל שבין 510 לבין 530 ננומטר. הוא עושה זאת כדי לסנן החוצה אור הנפלט בצורה טבעית מהדוגמה (לדוגמה בנטרול של רדיקלים חופשיים תאים מסוימים פולטים אור באופן טבעי).
פרס נובל לכימיה לשנת 2014 הוענק על התגברות על מגבלות הרזולוציה של מיקרוסקופיה אופטית והורדתה לקנה מידה ננומטרי באמצעות מיקרוסקופיה פלואורסצנטית.

מיקרוסקופ שדה-קרוב

כשאור בא במגע עם עצם, דוגמת העצם בו רוצים להתבונן במיקרוסקופ, נוצרות קרניים של שדה קרוב, וקרניים של שדה רחוק. אור שדה רחוק מתקדם בחלל באופן מפוזר, והוא האור שנקלט במיקרוסקופיה רגילה. במיקרוסקופ שדה-קרוב נעשה שימוש באור שדה קרוב, שנמצא סמוך לעצם במרחק שהוא פחות מאורך גל אחד של אור. האור בשדה-קרוב נושא מידע שתדירותו גבוהה, והמשרעת שלו גבוהה במרחק כמה עשרות ננומטרים מהעצם. כאשר מתרחקים מהעצם כדי מאות ננומטרים, נכנסים לטווח השדה-רחוק, המידע המרחבי שתדירותו גבוהה אובד, ובמקומו מקבלים דפוסי התאבכות. באמצעות שימוש במיקרוסקופיית שדה-קרוב, ניתן ללכוד את המידע הרב שנמצא במרחקים קצרים בלבד מהדמות. לשם כך, משתמשים במחט מצוידת בעדשה זעירה בקצה, העוברת באופן סדרתי על פני העצם, וקולטת את קרני האור המוחזרות ממנו. התמונה המתקבלת נוצרת באמצעות מחשב. בדרך כלל נהוג לסרוק דוגמאות שנצבעו באופן פלואורסצנטי, אבל ניתן לצפות גם בעצמים שאינם צבועים.