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细胞形态结构的观察方法普通光学显微镜 [复制链接]

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肉眼的分辨率一般只有0.2nm,很难能识别单个的细胞,所以必须借助工具,如显微镜。

光学显微镜的分辨率能达到0.2um;而电子显微镜分辨率高达0.2nm,能将细胞的超微结构展现在人们的面前;再有扫描隧道显微镜等。

值得一提的是光学显微镜、电子显微镜和扫描隧道显微镜,除了它们因提高分辨率而称其为显微镜这一共性外,在其成像原理、仪器构造以及使用和操作方法等方面,几乎没有任何共同之处。所以说不同的原理和构造等能产生相同的分辨率的变化。

17世纪时,光学显微镜的发明使得人们第一次看见了细胞,从而建立了细胞学说,为细胞学的兴起和发展打下了基础。至今为止,光学显微镜仍然是细胞生物学研究的重要工具,随着光学显微技术和图像技术的快速发展,光学显微镜在研究细胞的结构与功能,特别是生物大分子在活细胞中的定位及其动态变化和相互作用等方面展现出新的活力。

普通光学显微镜:

光学显微镜主要由3部分组成:

1、光学放大系统(为两组玻璃透镜)

目镜

因为它靠近观察者的眼睛,所以也叫接目镜,一般安装在镜筒的上端。

(1)目镜的结构

通常目镜由上下两组透镜组成,上面的透镜叫做接目透镜,下面的透镜叫做会聚透镜或场镜。上下透镜之间或场镜下面装有一个光阑(它的大小决定了视场的大小),因为标本正好在光阑面上成像,可在这个光阑上粘一小段毛发作为指针,用来指示某个特点的目标。也可在其上面放置目镜测微尺,用来测量所观察标本的大小。目镜的长度越短,放大倍数越大(因目镜的放大倍数与目镜的焦距成反比)。

(2)目镜的作用

是将已被物镜放大的,分辨清晰的实像进一步放大,达到人眼能容易分辨清楚的程度。常用目镜的放大倍数为5—16倍。

(3)目镜与物镜的关系

物镜已经分辨清楚的细微结构中,假如没有经过目镜的再放大,达不到人眼所能分辨的大小,那就看不清楚;但物镜所不能分辨的细微结构,虽然经过高倍目镜的再放大,也还是看不清楚,所以目镜只能起放大作用,不会提高显微镜的分辨率。有时虽然物镜能分辨开两个靠得很近的物点,但由于这两个物点的像的距离小于眼睛的分辨距离,还是无法看清。所以,目镜和物镜即相互联系,又彼此制约。如下图:

2、照明系统

包括光源和聚光镜,有时另加各种滤光片用来控制光的波长范围。

(1)光源

天然光源:光线来自天空,最好是由白云反射来的,不能利用直接照来的太阳光,太强的光就是“激光”了。

人工光源:对人工光源的基本要求—有足够的发光强度,光源发热不能过多。

常用的人工光源:显微镜灯;日光灯等。

(2)聚光镜

聚光镜可分为明视场聚光镜(普通显微镜配置)和暗视场聚光镜。

聚光镜的作用相当于凸透镜,起会聚光线的作用,以增强标本的照明。一般地把聚光镜的聚光焦点设计在它上端透镜平面上方约1.25mm处。(聚光焦点正在所要观察的标本上,载玻片的厚度为1.1mm左右)

比如反光镜,反光镜是一个可以随意转动的双面镜,直径为50mm,一面为平面,一面为凹面,其作用是将从任何方向射来的光线经通光孔反射上来。平面镜反射光线的能力较弱,是在光线较强时使用,凹面镜反射光线的能力较强,是在光线较弱时使用。

反光镜通常一面是平面镜,另一面是凹面镜,装在聚光器下面,可以在水平与垂直两个方向上任意旋转。反光镜的作用是使由光源发出的光线或天然光射向聚光器。当用聚光器时一般用平面镜,不用时用凹面镜;当光线强时用平面镜,弱时用凹面镜。观察完毕后,应将反光镜垂直放置。

3、镜架及其样品调节系统

(1)镜座和镜臂

1.镜座作用是支撑整个显微镜,装有反光镜,有的还装有照明光源。

2.镜臂作用是支撑镜筒和载物台。分固定、可倾斜两种。

(2)载物台(又称工作台、镜台)

载物台作用是安放载玻片,形状有圆形和方形两种,其中方形的面积为mm×mm。中心有一个通光孔,通光孔后方左右两侧各有一个安装压片夹用的小孔。分为固定式与移动式两种。有的载物台的纵横坐标上都装有游标尺,一般读数为0.1mm,游标尺可用来测定标本的大小,也可用来对被检部分做标记。

(3)镜筒

镜筒上端放置目镜,下端连接物镜转换器。分为固定式和可调节式两种。机械筒长(从目镜管上缘到物镜转换器螺旋口下端的距离称为镜筒长度或机械筒长)不能变更的叫做固定式镜筒,能变更的叫做调节式镜筒,新式显微镜大多采用固定式镜筒,国产显微镜也大多采用固定式镜筒,国产显微镜的机械筒长通常是mm。

安装目镜的镜筒,有单筒和双筒两种。单筒又可分为直立式和倾斜式两种,双筒则都是倾斜式的。其中双筒显微镜,两眼可同时观察以减轻眼睛的疲劳。双筒之间的距离可以调节,而且其中有一个目镜有屈光度调节(即视力调节)装置,便于两眼视力不同的观察者使用。

(4)物镜转换器

物镜转换器固定在镜筒下端,有3—4个物镜螺旋口,物镜应按放大倍数高低顺序排列。旋转物镜转换器时,应用手指捏住旋转碟旋转,不要用手指推动物镜,因时间长容易使光轴歪斜,使成像质量变坏。

(5)调焦装置

显微镜上装有粗准焦螺旋和细准焦螺旋。有的显微镜粗准焦螺旋与装在同一轴上,大螺旋为粗准焦螺旋,小螺旋为细准焦螺旋;有的则分开安置,位于镜臂的上端较大的一对螺旋为是粗准焦螺旋,其转动一周,镜筒上升或下降10mm。位于粗准焦螺旋下方较小的一对螺旋为细准焦螺旋,其转动一周,镜筒升降值为0.1mm,细准焦螺旋调焦范围不小于1.8mm。

显微镜最重要的性能参数是分辨率而不是放大倍数。分辨率是指能区分开两个质点间的最小距离。分辨率的高低取决于光源的波长λ,物镜镜口角a(标本在光轴上的一点对物镜镜口的张角)和介质折射率N,而它们之间的关系是:

D=0.61λ/Nsin(a/2)

通常a最大值可达°,空气中N=1,最短的可见光波长λ=nm,此时分辨率D=nm,约0.3um。若在油镜下,N可提高到1.5,分辨率D值则可达0.2um,所以普通光学显微镜最大的分辨率是0.2um。

光学显微镜可以直接用于观察单细胞生物或体外培养细胞。如果观察生物组织样品时,则通常需要对所观察的材料进行固定和包埋(常用的固定剂如甲醛,包埋剂如石蜡等),再将包埋好的样品切成厚度约5um的切片,最后进行染色。碱性染料苏木精和酸性染料伊红分别与细胞核和细胞质的某些成分特异性地结合,从而改变透射光线的波长,我们就可以清晰观察到蓝紫色的细胞核和红的细胞质的形态。

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