المجهر الضوئي والتكبير

يستخدم المجهر الضوئي الضوء المرئي ونظامًا من العدسات لإنتاج صورة مكبرة للعينة، وهو أقدم وأوسع الوسائل استخدامًا لفحص الخلايا والأنسجة. يعمل التكبير على تكبير الصورة، لكن التفاصيل المفيدة تحددها الدقة (resolution)، والتي تحدها طبيعة الضوء الموجية عند مستوى تقريبي لطول موجة الضوء المستخدم.

Definition

المجهر الضوئي هو نوع من المجهر يتم فيه تركيز الضوء المرئي الذي يمر عبر عينة أو ينعكس منها بواسطة عدسات لتشكيل صورة مكبرة؛ التكبير هو العامل الذي يتم به تكبير الصورة، بينما الدقة هي أصغر مسافة تفصل بين نقطتين بحيث تظلان قابلتين للتمييز.

Scope

يغطي هذا المدخل كيفية تشكيل المجهر المركب لصورة مكبرة، والتمييز بين التكبير والدقة، وحدود الحيود التي تحد من قوة الفصل، وأنماط التباين الشائعة لعرض الخلايا الشفافة إلى حد كبير. ويعالج المجهر الضوئي كطريقة تصوير أساسية وليس كتعليمات سريرية.

Core questions

• ما الفرق بين التكبير والدقة؟
• لماذا يحدد الطول الموجي للضوء حدًا لقوة الفصل؟
• كيف يتم الحصول على التباين من الخلايا الحية الشفافة تقريبًا؟
• متى يتوقف زيادة التكبير عن إضافة تفاصيل مفيدة؟

Key concepts

• التكبير
• الدقة وحدود الحيود
• الفتحة العددية
• المجال الساطع، تباين الطور، وتباين التداخل التفاضلي
• التكبير الفارغ
• الصبغ من أجل التباين

Mechanisms

يستخدم المجهر المركب عدسة شيئية وعدسة عينية لتكبير صورة العينة، لكن التفاصيل التي يمكن فصلها تعتمد على الحيود: كما تم إضفاء الطابع الرسمي عليها في نظرية آبي لتكوين الصورة في القرن التاسع عشر، تتحسن قوة الفصل مع قصر الطول الموجي وزيادة الفتحة العددية (numerical aperture)، لذلك لا تستطيع المجاهر الضوئية المرئية فصل الميزات التي تقل كثيرًا عن بضع مئات من النانومترات. يؤدي التكبير بما يتجاوز ما تدعمه الدقة إلى تكبير فارغ (empty magnification) — صورة أكبر ولكنها ليست أكثر تفصيلاً. ولأن الخلايا شفافة إلى حد كبير، يتم توليد التباين عن طريق الصبغ أو بالطرق البصرية مثل تباين الطور (phase-contrast) وتباين التداخل التفاضلي (differential interference contrast) التي تحول الاختلافات في معامل الانكسار إلى اختلافات مرئية في الشدة.

Clinical relevance

يعد المجهر الضوئي محوريًا في علم الأنسجة، وعلم الخلايا، وأمراض الدم، وعلم الأحياء الدقيقة، حيث يتم فحص العينات المصبوغة بحثًا عن السمات التشخيصية. يشرح هذا المدخل المبادئ البصرية الكامنة وراء هذه الصور وهو مرجع تعليمي، وليس أساسًا لقرارات تشخيصية أو علاجية فردية.

History

كشفت المجاهر الضوئية المركبة عن الخلايا منذ القرن السابع عشر فصاعدًا، لكن الفهم الكمي لحدودها جاء مع نظرية الحيود لآبي عام 1873، والتي ربطت قوة الفصل بالطول الموجي والفتحة العددية وشرحت لماذا لا يمكن للمجهر البصري فصل التفاصيل الصغيرة بشكل تعسفي. وقد شكل هذا الحاجز الحيودي المجهر لأكثر من قرن وحفز كلاً من المجهر الإلكتروني، وفيما بعد، طرق الفلورة فائقة الدقة (super-resolution fluorescence methods).

Key figures

• Ernst Abbe
• Douglas Murphy

Seminal works

• abbe-1873
• murphy-2012

Frequently asked questions

هل التكبير الأعلى دائمًا أفضل؟

لا. التكبير يكبر الصورة فقط؛ فبعد الحد الذي تحدده الدقة، ينتج تكبيرًا فارغًا، أي صورة أكبر ولكنها ليست أكثر تفصيلاً.

لماذا لا يستطيع المجهر الضوئي فصل الهياكل الصغيرة جدًا؟

بسبب الحيود، فإن قوة الفصل للمجهر الضوئي محدودة بطول موجة الضوء المرئي والفتحة العددية للعدسة الشيئية، مما يحد التفاصيل إلى بضع مئات من النانومترات تقريبًا.