Темнопольная оптическая микроскопия

Схема темнопольной микроскопии в падающем свете.
Подсветка образца осуществляется сбоку (зеленая линия). Изображение создается светом, рассеивающимся на неоднородностях образца.

Темнопо́льная опти́ческая микроскопи́я — вид оптической микроскопии, в которой контраст изображения увеличивают за счет регистрации только света, рассеянного изучаемым образцом. При использовании метода темного поля регистрируются даже незначительные различия в преломляющей способности участков препарата ^[1]. Основы метода разработаны Р. Зигмонди в 1906 году.

Принцип действия

В оптической микроскопии тёмного поля неоднородности образца рассеивают свет, и этот рассеянный свет формирует изображение исследуемого образца.

Особенностью микроскопа темного поля является способ освещения образца, который осуществляется «сбоку» (зеленая полоса на рисунке). При таком освещении неоднородности, имеющиеся в образце, рассеивают падающий свет и в микроскопе изображение образца наблюдают в рассеянном свете, а освещающий свет «напрямую» не попадает в объектив. Такое освещение называется эпи-подсветкой (EPI-illuminator, EPI—microscope, EPI-objective lens).

Для прозрачных объектов возможно и контровое освещение, но при этом необходимы дополнительные действия, чтобы убрать "прямое поле": необходимо провести фурье-преобразование полученного изображения и удалить из полученной суммы компоненту, соответствующую "опорной" волне. Это можно сделать, например, с помощью линзы и шаблона, закрывающего небольшой участок в плоскости, где линзой фокусируется "опорная" световая волна. Затем, с помощью второй линзы проводят обратное преобразование Фурье и наблюдают полученную картину визуально. При этом контраст исходного изображения существенно возрастает.

В микроскопах использование метода тёмного поля может быть предусмотрено конструкцией^[2] или реализуется установкой дополнительных узлов, таких, как конденсор темного поля ОИ-13.

Преимущества и недостатки

Изображение мизиды, полученное способом темнопольной микроскопии

Темнопольная микроскопия хорошо подходит для получения изображений живых и неокрашенных биологических образцов, таких, как отдельные водные одноклеточные организмы.

Основным ограничивающим фактором метода является то, что только малая часть падающего света в итоге формирует изображение, поэтому необходимо применять достаточно мощные источники света, что иногда приводит к повреждениям образца (сейчас иногда используют лазеры).

Темнопольная микроскопия практически лишена артефактов^{[источник не указан 569 дней]}. Однако, интерпретация получаемых изображений требует большой осторожности, поскольку некоторые детали, не видные методом светлопольной микроскопии, видны методом темнопольной микроскопии, и наоборот. На первый взгляд можно было бы сделать предположение, что изображение, получаемое темнопольным методом является просто негативом по отношению к получаемым светопольным методом^{[источник не указан 569 дней]}, однако, на самом деле, каждый из этих методов делает видимым разные особенности образца. В светлопольной микроскопии особенности видимы, если они или производят тени, или имеют отличный от окружения коэффициент преломления и при этом достаточно резкие, в то время как, например, плавные неоднородности не могут быть наблюдаемы этим методом, однако, хорошо заметны на картинках, получаемых методом темнопольной микроскопии.

Применение

Темнопольная микроскопия может применяться для прижизненного изучения неокрашенных биологических объектов — простейших, изолированных клеток, тканевых культур, для исследования субклеточных структур живых неокрашенных клеток ^[1].

Темнопольная микроскопия в последнее время используется в производстве компьютерных мышей^[3] с тем чтобы обеспечить работу оптических мышей в том числе и на прозрачных стёклах, имеющих микроскопические дефекты или пыль на поверхности.

Изображение полированной алмазной пластины, наблюдаемое в микроскопе яркого поля

Та же пластина в микроскопе темного поля

Примечания

В Википедии есть портал «Физика»

1. ↑ ^{1 2} Микроскопическая техника Роскин Г. И. М.: Изд. «Советская наука», 1946
2. ↑ Микроскоп биологический исследовательский универсальный МБИ-15 — техническое описание и инструкция по эксплуатации, ЛОМО 1979
3. ↑ Марина Камаева Обзор Logitech Anywhere MX Wireless Mouse  (рус.). Компьютерная газета. Проверено 26 марта 2010.