Լուսային մանրադիտակ

Լուսային մանրադիտակը, նաև օպտիկական մանրադիտակ, մանրադիտակի տեսակ է, որն օգտագործում է տեսանելի լույս և ոսպնյակային համակարգ փոքր առարկաների պատկերը խոշորացնելու համար։ Լուսային մանրադիտակը ամենահին նախագծված մանրադիտակն է եղել, այն ներկայիս բարդ կառուցվածքով գույություն է ունեցել դեռևս 17-րդ դարից։ Պարզագույն լուսային մանրադիտակները կարող են լինել շատ պարզ, մինչդեռ շատ բարդ կառույցներ նպատակ ունեն բարելավվել տարրալուծման ուժը և պատկերի որակը։ Հաճախ օգտագործվում է դպրոցներում, կրթական հաստատություններում կամ տանը, ի տարբերություն էլեկտրոնային մանրադիտակին, որն օգտագործվում է ավելի խոշոր պատկեր ստանալու համար։

Լուսային մանրադիտակից ստացված պատկերը կարող է կլանվել սովորական, լուսազգայուն ֆոտոխցիկների կողմից՝ առաջացնելով միկրոգրաֆ։ Սկզբնապես պատկերները գրանցվել են լուսանկարչական ժավավենների վրա, սակայն նորագույն տեխնոլոգիաները թույլ են տալիս ստանալ թվային պատկեր։ Այժմ, օգտագործոլվ թվային մանրադիտակներ և CCD ֆոտոխցիկներ, հնարավոր է ուսումնասիրել նմուշը՝ ստացվող պատկերը անմիջապես էկրանին ցուցադրելով՝ առանց ակնապակիների (օկուլյար) անհրաժեշտության։

Այժմ գոյություն ունեն լուսային մանրադիտակի այլընտրանքներ, ներառյալ՝ տրանսմիսիոն (թափանցունակ) էլեկտրոնային մանրադիտակ, սկանավորող (տեսածրող) էլեկտրոնային մանրադիտակ և սկանավորող զոնդային մանրադիտակ (Scanning probe microscope)։

2014 թվականի հոկտեմբերի 8-ին քիմիայի ոլորտում Նոբելյան մրցանակի են արժանացել Էրիկ Բեթզիգը, Վիլյամ Մորենրը և Ստեփան Հելը «գերտարրալուծված ֆլուորեսցենտային մանրադիտակի զարգացման» համար, որը լուսային մանրդաիտակին թույլ տվեց ստանալ նանոչափողականության։

Տեսակներ 

Կա լուսային մանրադիտակների երկու հիմնական տեսակ՝ պարզ մանրադիտակ և բարդ մանրադիտակ։ Պարզ մանրադիտակը այն լուսային մանրադիտակն է, որն օգտագործում է միայն մեկ ոսպնյակ, ինչպես օրինակ՝ խոշորացույցը։ Բարդ մնրադիտակներում օգտագործվում են մի քանի ոսպնյակներ առարկայի խոշորացումը մեծացնելու համար։ Այժմյան հետազոտական մանրադիտակների մեծամասնությունը բարդ մանրադիտակներ են, մինչդեռ ավելի էժան կոմերցիոն թվային մանրադիտակները պարզ, միաոսպյակ մանրադիտաներ են։ Բարդ մանրադիտակները կարող են բաժանվել մի քանի խմբի կախված ոսպնյակների դասավորությունից, արժեքից կամ նախատեսված նպատակից։

Բարդ մանրադիտակ 

Բարդ մանրադիտակը օգտագործում է ոսպնյակներ առարկային մոտ, որպեսզի այն լույս հավաքի (կոչվում է օբյեկտիվ), որը կիզակետում է առարկայի իրական պատկերը մանրադիտակի մեջ։ Այնուհետև այդ պատկերը մեծացվում է մեկ այլ ոսպնյակի կամ ոսպնյակների խմբի կողմից (կոչվում է օկուլյար), որը դիտողին հնարավորություն է տալիս տեսնել առարկյի մեծացված պատկերը։ Բարդ ոսպնյակային համակարգը թույլ է տալիս ունենալ ավելի մեծ խոշորացում։ Շատ բարդ մանրադիտակներ ունեն մի քանի փոխվող օբյեկտիվներ, որը դիտողին հնարավորություն է տալիս արագ փոխել խոշորացումը։ Բարդ մանրադիտակը նաև հնարավորություն է տալիս ունենալ ավելի հարմարավետ և կարգավորվող լուսավորություն։

Այլ տեսակներ 
Կան բարդ լուսային մանրադիտակների մի շարք տեսակներ, որոնք նախագծված են տարբեր նպատակներով։ Սրանցից որոշները միմյանցից տարբերվում են զուտ ֆիզիկական տեսքվ, որը սակայն նրանց թույլ է տալիս ունենալ որոշակի մասնագիտացում։ Դրանցից են՝

·      Ստերեո մանրադիտակ, ցածր հզորությամբ մանրադիտակ, որը նմուշներին տալիս է ստերիոտիպիկ տեսք, սովորաբար օգտագործվում է դիսեկցիայի համար։

·      Համեմատական մանրադիտակ, այն ունի երկու առանձին օբյեկտիվ, սակայն մեկ օկուլյար, սա թույլ է տալիս երկու տարբեր առարկաների համեմատական ուսումնասիրության ենթարկել՝ մեկ աչքով, մեկ պատկերի վրա։

·      Շրջված մանրադիտակ, ստորերկրյա նմուշները ուսումնասիրելու համար, օգտագործվում է հեղուկում գտնվող բջիջների ուսումնասիրության և մետաղագիտության մեջ։

·      Ճանապարհորդական մանրադիտակ, բարձր օպտիկական տարրալուծում ունեցող նմուշները ուսումնասիրելու համար։

Պատմություն

Գյուտ 
Ամենահին մանրադիտակներն միաոսպնյակ խոշորացույցներ էին, որոնք ունեյին սահմանափակ խոշորացում։ Այդպիսինները թվագրվում են 13-րդ դարի։

Առաջին համակցված մանրադիտակները Եվրոպայում հայտնվեցին շուրջ 1620-ական թվականներին, ներռյալ մեկը ցուցադրված Կոռնելիս Դրեբբելի կողմից Լոնդոնում 1621 թվականին և մեկը ցուցադրված Հռոմում 1624 թվականին։

Համակցված մանրադիտակի փաստացի գյուտը անհայտ է, բայց շատ վարկածներ են առաջադրվել տարիների ընթացքում։

Հանրաճանաչություն 
Անտոնի վան Լևենհուկը (1632-1724) նշանավորվում է նրանով, որ նա մանրադիտակն առաջին անգամ բերել է կենսաբանական ոլորտ, չնայած որ 16-րդ դարում արդեն արտադրվում էին պարզ խոշորացույցներ։ Վան Լևենհուկի տնաշեն մանրադիտակները պարզ մանրադիտակներ էին շատ փոքր, բայց շատ հզոր միաոսպնյակներով։ Դրանք օգտագործման համար անհամար էին, սակայն վան Լևենհուկին հնարավորություն տվեցին տեսնել որոշակի մանրամասնություններով պատկերնոր։ Մոտ 150 տարի տևեց մինչև ստեղծվեցին այնպիսի բարդ լուսային մանրադիտակներ, որոնցով կարելի էր ստանալ նույն որակի պատկեր, ինչ վան Լևենհուկի մանադիտակներով, բազմակի ոսպնյակների կոնֆիգուրացիայի դժվարությունների պատճառով։ 1850-ական թվականներին Ջոն Լեոնարդ Ռիդվելը (John Leonard Riddell)՝ Թուլանի համալսարանի (Tulane University) քիմիայի պրոֆեսորը, ստեղծեց առաջին գործածական երկոսպնյակ մանրադիտակը, երբ կատարում էր ամենավաղ և ամենածավալուն Ամերիկյան մանրադիտակային խոլերայի հետազոտությունները։

Լուսավորման տեխնիկա 
Թեև հիմնական մանրադիտակային տեղխնոլոգիաները և օպտիկան հայտնի էին շուրջ 400 տարի, միայն վերջերս է մշակվել նմուշի լուսավորման մեթոդները, որոնք ապահովում են այսօր գույություն ունեցող բարձր որակի պատկերներ։

1893 թվականի օգոստոսին Օգոստոս Քյոլերը մշակել է Քյոլերի լուսավորման մեթոդը։ Լուսավորման այս մեթոդը թույլ է տալիս ունենալ հավասարաչափ լուսավորված առարկա, ինչես նաև հաղթահարել այն սահմանափաումները, որոնք ունեյին նախորդ մոդելները։ Մինչ Քյլոլերի լուսավորման մեթոդի հայտնաբերումը լույսի աղբյուրի պատկերը, օրինակ՝ շիկացման լամպտ, միշտ տեսանելի էր առարկայի պատկերի վրա։

Հոլանդացի ֆիզիկոս Ֆրից Ցերնիկեն 1953 թվականին ստացել է Ֆիզիկայի ոլորտում Նոբելյան մրցանակ իր ստեղծած փուլային հակադրական լուսավորության (phase contrast illumination) ստեղծման համար, որը թույլ է տալիս լուսային մանրադիտակով դիտել թափանցիկ նմուշներ։ Օգտագործելով լուսային ալիքի ինտերֆերենցիա այլ ոչ թե լույսի կլանում, հնարավոր է տեսել թափանցիկ առարկաներ, ինչպես օրինակ կաթնասունների բջիջներ, ներկման տեխնոլոգիաներ առանց օգտագործելու։

Բաղադրիչներ 

Բոլոր ժամանակակիչ ուսային մանրադիտակները հիմնականում ունեն նույն բաղադրիչները։ Ավելին, դրանք բոլորը ունեն նույն կառուցվածքային մասնիկները՝

 Օկուլյար (ակնապակի, դիտապակի) (1)
 Պտտվող սկավառակ (2)
 Օբյեկտիվ (3)
 Պտուտակներ առարկայակիր սեղանիկը ուղղահայաց շարժելու և պատկերը կիզակետելու համար
 Մակրոպտուտակ (4)
 Միկրոպտուտակ (5)
 Առարկայակիր սեղանիկ (6)
 Լույսիր աղբյուր (արհեստական լույս կամ հայելի) (7)
 Դիաֆրագմա և լույսի խտացուցիչ (կոնդենսատոր) (8)
 Մեխանիկական սեղանիկ (9)

Օկուլյար 
Օկուլյարը կամ ակնապակին գլան է, որը պարունակում է մեկ կամ երկու ոսպնյակներ։ Դրա ֆունկցիան նկարը կիզակետելն է (ֆոկուսի բերել) աչքի համար։ Օկուլյարը տեղադրված է հիմնական խողովակի գագաթին։ Օկուլյարը փոխարինվող է և կարող է տեաղդրվել շատ տարբեր օկուլյարներ՝ տարբեր խոշորացումներով։ Օկուլյարներին բնորոշ ծոշորացումներն են 5×, 10× (սա ամենատարածվածն է), 15× և 20×։ Որոշ բարձրորակ մանրադիտակներում օբյեկտիվի և օկուլյարի օպտիկական կոնֆիգուրացիաները համապատասխանեցված են, որպեսզի ստացվի լավագույն պատկերոը։ Սա ամենից հաճախ հանդիպում է անխոտոր օբյեկտիվներում (apochromatic objective)։

Պտտվող սկավառակ 
Պտտվող սկավառակն այն մասն է, որը պտտում է օբյեկտիվների հավաքակազմը։ Դրա շնորհիվ դիտորդը կարողանում է փոփոխել օբյեկտիվները։

Օբյեկտիվ 

Հասարակ բարդ մանրադիտակի ստորին հատվածում տեղակայված են մեկ կամ մի քանի օբյեկտիվների, որոնք նմուշից կլանում են լույսը։ Սովորաբար օբյեկտիվը գլանաձև կառույց է, որն իր մեջ պարունակում է մեկ կամ մի քանի ոսպնյակներ։ Հաճախ պտտվող սկավառակի վրա լինում են երեք օբյեկտիվներ։ Մանրադիտակի օբյեկտիվները բնութագրվում են երկու պարամետրով՝ խոշորցում և թվային բացվածք։ Նախկինում օբյեկտիվի խոշորացումը տատանվում էր 5×-ից 100×, սակայն այսօր այդ ցուցանիշը բավականին մեծացել է։

Որոշ մանրադիտակներում կան հատուկ ճարպաընկղմամբ կամ ջրընկղմամբ օբյեկտիվներ, որքն թույլ են տալիս ստանալ ավելի մեծ տարրալուխում՝ մեծ խոշորացման դեպքում։

Պտուտակներ 
Պտուտակները օգտագործում են առարկայակիր սեղանիկը շարժելու համար։ Դա թույլ է տալիս կիզակետել նմուշտ ճիշտ տեղում։ Սովորաբար լինում են երկու պտուտակներ՝ մակրոպտուտակ և միկրոպտուտակ։ Մակրոպտուտակի տատանման լայնույթը ավելի մեծ (կոպիտ կիզակետում), իսկ միկրոպտուտակինը՝ շատ ավելի փոքր (ճժգրիտ կիզակետում)։

Առարկայակիր սեղանիկ 
Առարկայակի սեղանիկը նմուշակիր ապակին դրա վրա տեղադրելու համար է։ Նրա կենտրոնում կա ծակ, որի միջով լույսը անցնում է և լուսավորում նմուշը։ Սովորաբար դրա վրա լինում է փոքրիկ բազուկ նմուշակիր ապակին ֆիքսելու համար (նմուշակիր ապակին սովորաբար լինում է 25×75 մմ)։

100× և ավելի խոշորացումների դեպքում սեղանիկը ոչ թե տեղաշարժվում է (կորդինատային) ձեռքով այլ հատուկ պտուտակներով։ Դրանք թույլ են տլիս շատ փոքր տեղաշարժեր ունենալ։

Բոլոր սեղանիկները շարժվում են ուղղահայաց՝ վերև և ներքև։ Սեաղանիկները նաև շարժվում են հորիզոնի երկու առանցքներով, սովորաբար դա կատարվում է պտուտակներով։ Այս շարժումները թույլ են տալիս նմուշը մանրազնին ուսումնասիրել։

Լույսի աղբյուր 
Որպես լույսի աղբյուր կարող են հանդիսանալ շատ աղբյուրներ։ Հասարակ մանրադիտակներում օգտագործվում է հայելի լույսը նմուշի վրա գցելու համար։ Սակայն շատ մանրադիտակներ ունեն իրենց սեփական կարգավորվող և կառավարելի լույսի աղբյուրը։ Հաճախ օգտագործվում են հալոգենային լամպետ, սակայն ժամանակի հետ մեկ տեղ ավելի կիրառելի են դառնում լուսադիոդային լամպերը (LED) և լազերները։ Քյոլերի լուսավորման մեթոդը պահանջում է ավելի թանկ ուսավորման սարքավորումներ և տեխնիկական հավելումներ։

Կոնդենսատոր 
Կոնդենսատորը այն ոսնյակն է, որը կիզակետում է լույսը նմուշի վրա։ Այն տեղադրված է լույսի աղբյորի և նմաւշի միջև։ Կոնդենսատորը նաև անվանում են լույսի խտաչուցիչ։ Կոնդենսատորը կարող է ներառել նաև այլ հատկություններ, օրինակ՝ դիաֆրագմա կամ զտիչներ, լուսավորության որակը և ինտենսիվությունը կառավարելու համար։

Խոշորացում

Խոշորացումն օբյեկտի երևացող չափի մեծացումն է` համեմատած իր իրական չափի հետ։ Բարդ լուսային մանրադիտակի փաստացի ուժը կամ խոշորացումը հանդիսանում է օկուլյարի և օբյեկտիվի ոսպնյակների ուժերի արտադրանքը։ Օկուլյարի և օբյեկտիվի սովարական խոշորացումներին են մոտ 10× և 100×։ Այսպիսով՝ սովորական բարդ լուսային մանրադիտակի խոշորաումը տատանվում է 100×-ից 1000×ի շրջաններում։

Տարրալուծում

Տարրալուծման ուժը երկու օբյեկտները առանձին-առանձին ցույց տալու օպտիկական սարքի ունակությունն է։ Լուսային մանրադիտակի տարրալուծող ուժը մոտավորապես 0.2 միկրոմետր (մկմ) է` մի փոքր բակտերային բջջի չափ։ Սա սահմանափակում է օգտակար խոշարացումը մոտ 1.000×:  Ավելի մեծ խոշորացումը պատկերը դարձնում է աղոտ։

Խոշորացում 
Խոշորացումն օբյեկտի երևացող չափի մեծացումն է` համեմատած իր իրական չափի հետ։ Բարդ լուսային մանրադիտակի փաստացի ուժը կամ խոշորացումը հանդիսանում է օկուլյարի և օբյեկտիվի ոսպնյակների ուժերի արտադրանքը։ Օկուլյարի և օբյեկտիվի սովարական խոշորացումներին են մոտ 10× և 100×։ Այսպիսով՝ սովորական բարդ լուսային մանրադիտակի խոշորաումը տատանվում է 100×-ից 1000×ի շրջաններում։

Տարրալուծում 
Տարրալուծման ուժը երկու օբյեկտները առանձին-առանձին ցույց տալու օպտիկական սարքի ունակությունն է։ Լուսային մանրադիտակի տարրալուծող ուժը մոտավորապես 0.2 միկրոմետր (մկմ) է` մի փոքր բակտերային բջջի չափ։ Սա սահմանափակում է օգտակար խոշարացումը մոտ 1000×:  Ավելի մեծ խոշորացումը պատկերը դարձնում է աղոտ։

Գրականություն 

 https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_microscope

Ծանոթագրություններ 

Մանրադիտակներ
Օպտիկական սարքեր