Heb je je ooit afgevraagd hoe de kleinste dingen er van dichtbij uitzien? Of het nu gaat om een suikerkorreltje in uw koffie, een haarlokje of uw wangcellen, u kunt deze dingen met het blote oog niet goed zien en onderzoeken. Als deze dingen al moeilijk te inspecteren zijn, wat dan nog van de kleinere delen van een organisme en andere dingen die bijna onzichtbaar lijken? Dit is waar microscopen voor zijn.
Wat is een microscoop?
Een microscoop, van de Oudgriekse woorden mikrós of “klein” en skopeîn of “kijken of zien”, is een instrument dat wordt gebruikt om kleinere objecten te bekijken dan het menselijk oog kan zien. Microscopie is de wetenschappelijke studierichting die wordt gebruikt om minuscule structuren en voorwerpen met een microscoop te bestuderen.
In de 16e eeuw werd de eerste samengestelde microscoop ontdekt door en toegeschreven aan Zacharias Janssen. Door een voorwerp aan het eind van een buis te plaatsen en twee lenzen boven en onder op de buis te plaatsen, realiseerden Zacharias en zijn vader Hans zich dat het voorwerp werd vergroot. Dankzij deze ontdekking werden meer doorbraken en innovaties ontwikkeld die leidden tot de microscopen die we vandaag gebruiken.
Hoe werken microscopen?
De meest eenvoudige microscopen die vandaag in diverse instellingen worden gebruikt, maken gebruik van een reeks lenzen die licht opvangen, weerkaatsen en focussen op het specimen, dat is het object dat wordt onderzocht. Zonder de aanwezigheid van licht werken microscopen niet. Dit soort microscopen wordt gewoonlijk gebruikt in onderzoekscentra, scholen en ziekenhuizen.
Het gebruik van verschillende microscooplenzen bevordert de vergroting zonder de kwaliteit van het geproduceerde beeld te veranderen. Naast de vergroting van de lens is het ook belangrijk om het gezichtsveld van de microscoop te bepalen om de grootte van uw preparaat nauwkeurig te kunnen meten. Ook hebben de meeste microscopen binoculaire lenzen die bestaan uit twee lenzen en een prisma om het beeld te splitsen op beide oculairen waar u doorheen kijkt.
Aan de andere kant van de microscoop bevinden zich objectieven die verantwoordelijk zijn voor het opvangen en concentreren van licht in het preparaat. Deze objectieven hebben verschillende sterktes die één voor één kunnen worden gebruikt door het draaiende neusstuk te verstellen.
Een instrument, een oculair genaamd, vergroot het voorwerp door de golflengte van het licht te veranderen die in het instrument wordt gebruikt om het te laten werken. Er zijn vele soorten oculairen, die elk verschillende taken kunnen verrichten. De meest voorkomende oculairen zijn die waarbij gebruik wordt gemaakt van gasverplaatsingstechnologie om licht toe te voeren. Het volgende veel voorkomende oculair is het gasgecorrigeerde model. Het derde veel voorkomende oculair is het fotocelmodel.
Er bestaan nog andere soorten oculairen, die worden gebruikt afhankelijk van de behoeften van het experiment dat wordt uitgevoerd. Door te leren hoe een microscoop werkt, kunnen onderzoekers deze oculairen bij hun experimenten gebruiken en zo de natuur en haar werking beter bestuderen.
Microscopen worden gewoonlijk aangedreven door batterijen of door mechanische mechanismen, zodat objecten tot 10 keer kleiner dan hun oorspronkelijke grootte kunnen worden geobserveerd. Als een microscopisch preparaat niet correct of op een verkeerde manier wordt behandeld, kan het beeld worden vervormd en kunnen misleidende resultaten worden verkregen. Daarom is het gebruik van het juiste type microscoop en de juiste behandeling ervan belangrijk voor het bekijken van het door u gekozen object.
Hier volgen vijf soorten microscopen, hun specifieke eigenschappen en toepassingen:
- Eenvoudige microscoop
Een eenvoudige microscoop is gewoon een groot vergrootglas met een kortere brandpuntsafstand dat is voorzien van een bolle spiegel met een klein brandpuntsvlak. De meest voorkomende voorbeelden van dit type apparaat zijn de handlens en de oculairlens.
Wanneer een materiaal dicht bij de lens van de microscoop wordt gehouden, ontstaat het brandpunt, en wordt het oorspronkelijke voorwerp vergroot en rechtop gezet. Vervolgens wordt scherpgesteld op een deel van het materiaal door de twee randen van de lens samen te brengen. Hierdoor ontstaat een kleiner, meer gefocusseerd beeld van het materiaal dan het grotere gebied.
Omdat het slechts een eenvoudige microscoop is, heeft hij slechts één vergrotingsniveau, afhankelijk van welke lens wordt gebruikt. Daarom worden eenvoudige microscopen alleen gebruikt voor het lezen en vergroten van niet-complexe voorwerpen. U kunt bijvoorbeeld een vergrootglas gebruiken om in te zoomen op de details van een kaart.
- Samengestelde lichtmicroscoop
Een samengestelde microscoop is het tegenwoordig meest gebruikte type microscoop, waarvan het mechanisme eerder is uitgelegd. Het is in feite een microscoop met daarop een lens of een camera met daartussen een samengesteld medium. Dit samengestelde medium maakt vergrotingen op een zeer fijne schaal mogelijk.
Terwijl de eenvoudige microscoop alleen natuurlijk licht nodig heeft om het object te zien, heeft een samengestelde lichtmicroscoop een belichtingstoestel nodig om het preparaat te bekijken. Dit zijn de basisspecificaties van een samengestelde microscoop:
- Vergroting: Dit heeft betrekking op het groter doen lijken van het preparaat door de microscoop door middel van het inzoomen van de lenzen. Vergroting is een gekwantificeerde eigenschap die varieert van 40x, 100x, 400x, en tot 1000x.
- Resolutie: Dit verwijst naar hoe goed het beeld wordt vastgelegd door de lens van de samengestelde microscoop. Een hogere resolutie betekent dat het beeld duidelijker en gedetailleerder zal zijn. Ook heeft het een verbeterde visuele helderheid omdat het meer lagen van vergroting heeft.
- Contrast: Net als in de fotografie wordt de donkerte van de achtergrond ten opzichte van de focus of het specimen contrast genoemd. Een uitstekend contrast wordt meestal bereikt door het preparaat te kleuren, zodat de kleuren opvallen wanneer het in de microscoop wordt bekeken.
Samengestelde microscopen zijn uiterst nuttig voor onderzoek op verschillende gebieden. Ze hebben een grote impact gehad op wetenschap en technologie in het algemeen. Sommige van zijn populaire toepassingen zijn bij het bekijken van een wetenschappelijk specimen voor educatieve en onderzoeksdoeleinden. Als je een medische opleiding wilt volgen, zul je dit type microscoop vaak tegenkomen in je lessen.
- Stereomicroscoop
De stereomicroscoop, dissectiemicroscoop of stereoscopische microscoop, is een optische microscopieversie die speciaal is ontworpen voor beeldvorming met lage vergroting van een biologisch specimen. Hij werkt door licht te weerkaatsen op het oppervlak van het preparaat in plaats van het door te geven door het medium.
Dit type microscoop wordt vaak gebruikt in scheikundelaboratoria waar meer gedetailleerde, driedimensionale beelden nodig zijn die mogelijk zouden zijn met een elektronenmicroscoop of een andere microscoop met een groot vermogen. Hoewel de stereomicroscopie technologie al meer dan 100 jaar bestaat, zijn stereomicroscopen pas onlangs ontstaan in het laboratorium en kunnen ze beelden van hogere kwaliteit produceren dan ooit tevoren.
Velen verkiezen stereoscopen boven andere microscoop modellen omdat het beelden van betere kwaliteit kan produceren, afhankelijk van iemands behoeften. Bovendien vergen deze microscoopmodellen minder onderhoud en zijn ze goedkoop. Bij stereomicroscooptoepassingen gaat het om minder grondige microscopische vereisten, zoals het bekijken van productiematerialen, printplaatwerk, dissectie en inspectie.
- Scanning Electron Microscope (SEM)
Een scanning elektronenmicroscoop is een zeer populair type van scanning elektronenmicroscopen, dat beelden van een materiaal produceert door het monster te scannen met een krachtige bundel elektronen. De elektronen die reageren met atomen in het preparaat creëren verschillende signalen die gegevens bevatten over de structuur en topografie van het materiaal. De beelden die met deze microscoopinstrumenten worden geproduceerd, zijn zeer nauwkeurig en kunnen met een microscoopoculair of -loep in hoge resolutie worden bekeken.
Om de juiste resultaten van een SEM te verkrijgen, moet het monster of specimen elektrische geleiding hebben zodat de elektronen op het oppervlak kunnen weerkaatsen en zo een duidelijk beeld kunnen produceren. Om het monster elektrisch geleidend genoeg te maken, wordt het bedekt met een dunne laag metalen, zoals goud.
Er kunnen verschillende technieken worden gebruikt om de beeldkwaliteit van SEM te verbeteren, zoals: fluorescentiebeeldvorming, tip-elektronenmicroscopie, multi-beam scanning en het gebruik van colloïdale kristallen.
Bovendien is het belangrijk dat de microscoop in goede staat verkeert, want dit zal de kwaliteit van de beelden die u ontvangt verminderen. Met al deze dingen op hun plaats kunt u beschikken over een geweldig instrument waarmee u het kleinst mogelijke monster kunt bekijken en onderzoeken.
Lijst hieronder zijn de beste toepassingen en toepassingen van een scanning elektronen microscoop:
- Semiconductor inspection
- Materials science
- Medische wetenschap
- Forensisch onderzoek
- Soil and rock sampling
- Nanowires for gas sensing
- Art
- Transmission Elektronenmicroscoop (TEM)
Transmissie-elektronenmicroscopie is een optische microscopiemethode waarbij een elektrische elektronenbundel door een niet-gekleurd monster wordt gestuurd om een optisch beeld van het monster te maken. In plaats van elektronen te zenden om het preparaat te scannen en af te kaatsen, zoals SEM’s doen, laten TEM’s de elektronen door het dunne preparaat gaan. Het monster is meestal een ultradunne plak van minder dan 50 micrometer dik of een elektrolytische suspensie die op een raster van roosterachtige platen is gesuspendeerd.
In tegenstelling tot gewone samengestelde microscopen hebben TEM’s een verbazingwekkende vergroting die mogelijk 10.000 keer groter is dan wat optische microscopen doen, waardoor onderzoekers uitzonderlijk kleine specimens kunnen bekijken. Ze kunnen zelfs de rangschikking van de atomen binnen een preparaat illustreren.
Omdat TEM’s zo geavanceerd zijn, zijn ze uiterst technisch en duur. Studenten hebben meestal geen toegang tot dit soort microscopen, omdat ze bedoeld zijn voor wetenschappers die veeleisend werk verrichten op het gebied van nanotechnologie, medisch onderzoek, biowetenschappen, biologisch onderzoek, materiaalonderzoek, edelsteenkunde en metallurgie.
De monsters vereisen echter een gedetailleerde voorbereiding waarbij zij in een vacuümkamer moeten worden geplaatst. Levende monsters zoals protozoa kunnen dus niet onder TEM worden onderzocht. Hoewel de monsters kunnen worden gekleurd of gecoat met chemicaliën om hun structuur te beschermen, is de kans groter dat de microscoop het monster toch zal vernietigen. Ondanks deze nadelen zijn de bijdragen van transmissie-elektronenmicroscopen ongeëvenaard.
Op ontelbare mogelijke manieren hebben microscopen de wetenschap zoveel te bieden. Dankzij microscopen kunnen studies en leerstof waarvoor objectvergroting nodig is, naar behoren worden uitgevoerd. Microscopen leggen ook de basis voor meer wetenschappelijke ontwikkelingen in de toekomst. Naarmate het inzicht van de wereld in de technologie toeneemt, zal het wellicht nog even duren voordat microscopen veranderen in nieuwe types met nog meer potentieel dan wat vandaag aanwezig is.