저가형 형광현미경 및 명시야현미경 설계
1단계: 형광현미경 개요
형광 현미경의 기본 개념을 이해하려면 밤에 나무, 동물, 관목 및 기타 숲이 살고 있는 울창한 숲을 상상해 보십시오. 숲 속을 손전등으로 비춰보면 이 모든 구조물이 다 보이고, 구체적인 동물이나 식물은 상상하기 어렵다. 당신이 숲에서 블루베리 관목을 보는 것에만 관심이 있다고 가정합니다. 이를 달성하려면 반딧불이가 블루베리 덤불에만 끌리도록 훈련시켜 숲을 볼 때 블루베리 덤불만 빛나게 해야 합니다. 블루베리 덤불을 표시하기 위해 반딧불이를 사용하여 숲의 블루베리 구조를 볼 수 있다고 말할 수 있습니다.
이 비유에서 숲은 전체 샘플을 나타내고, 블루베리 관목은 시각화하려는 구조(예: 특정 세포 또는 세포 소기관)를 나타내며, 반딧불은 형광 화합물입니다. 반딧불이 없이 사수의 손전등만 비추는 상황은 명시야현미경과 비슷하다.
다음 단계는 형광 화합물(형광단이라고도 함)의 기본 기능을 이해하는 것입니다. 형광 클러스터는 실제로 샘플의 특정 구조를 연결하도록 설계된 작은 물체(나노 규모)입니다. 이들은 좁은 범위의 파장의 빛을 흡수하고 다른 파장의 빛을 다시 방출합니다. 예를 들어, 형광단은 청색광을 흡수한 다음(즉, 형광단은 청색광에 의해 여기됨) 녹색광을 다시 방출할 수 있습니다. 일반적으로 이는 여기 및 방출 스펙트럼으로 요약됩니다(위 그림 참조). 이 차트는 형광단에 의해 흡수된 빛의 파장과 형광단에 의해 방출된 빛의 파장을 표시합니다.
현미경 디자인은 일반 명시야 현미경과 매우 유사하지만 두 가지 주요 차이점이 있습니다. 첫째, 샘플을 조명하는 빛은 형광 그룹을 여기시키는 파장이어야 합니다(위의 예에서 빛은 파란색임). 둘째, 현미경은 청색광을 차단하면서 방출된 빛(녹색광)만 수집하면 됩니다. 이는 파란색 빛은 어디에나 있지만 녹색 빛은 샘플의 특정 구조에서만 나오기 때문입니다. 청색광을 차단하기 위해 현미경에는 일반적으로 청색광 없이 녹색광만 통과시킬 수 있는 장통과 필터라는 장치가 있습니다. 각 저역 통과 필터에는 차단 파장이 있습니다. 빛의 파장이 차단 파장보다 크면 필터를 통과할 수 있습니다. 그래서 이름이 '장거리 패스'입니다. 더 짧은 파장은 차단됩니다.
2단계: 광학 모델링 현미경 사용
이는 기본 원리에 기초하여 현미경을 설계하는 추가 단계입니다. 형광 현미경을 만들 필요가 없으므로 광학에 대해 더 깊이 탐구하고 싶지 않다면 건너뛰어도 됩니다.
명시야 현미경과 형광 현미경 모두 광선 광학 장치를 사용하여 모델링할 수 있습니다. 광선 광학의 기본 전제는 빛의 동작이 광원에서 멀어지는 빛의 동작과 유사하다는 것입니다. 방을 둘러보면 창밖의 햇빛이나 전구가 가져오는 빛이 보입니다. 그런 다음 빛은 실내의 물체에 흡수되거나 반사됩니다. 일부 반사된 빛은 눈을 향해 전달됩니다. 물체가 조명을 받으면 물체의 모든 지점이 모든 방향으로 빛을 방출한다고 상상할 수 있습니다(위 그림 참조). 수정체는 우리 눈의 수정체와 마찬가지로 빛을 한 점에 집중시켜 우리가 물체를 볼 수 있게 해줍니다. 렌즈가 없으면 빛은 계속 바깥쪽으로 전파되어 이미지를 형성하지 않습니다.
