میکروسکوپ زمینه تاریک: تعریف، اصول، کاربردها و نمای آن

فهرست مطالب نمایش

میکروسکوپ زمینه تاریک چیست؟

میکروب شناسی به عنوان شاخه‌ای از علم که دانش ما را در مورد جهان موجودات زنده بسیار توسعه و گسترش داده است، وجود خود را مدیون Antoni van Leeuwenhoek است.
در سال 1673، Leeuwenhoek با کمک یک میکروسکوپ ابتدایی، متشکل از یک عدسی مقعر محصور در دو صفحه فلزی، جهان را با وجود اشکال میکروبی حیات آشنا کرد.
در طول این سال‌ها، میکروسکوپ‌ها از یک ابزار ساده و تک عدسی مربوط به Leeuwenhoek با بزرگ‌نمایی 300 برابری، به میکروسکوپ‌های الکترونی امروزی با قابلیت بزرگ‌نمایی بیش از 250000 برابری تکامل یافته‌اند.
میکروسکوپ‌ها یا به عنوان میکروسکوپ‌های نوری یا به عنوان میکروسکوپ‌های الکترونی تعریف می‌شوند.
میکروسکوپ‌های نوری از نور مرئی یا پرتوهای فرابنفش برای آشکار کردن نمونه‌ها استفاده می‌کنند. آن‌ها شامل میکروسکوپ‌های میدان روشن (Brightfield)، میدان تاریک، کنتراست فاز (Phase-contrast) و فلورسنت (Fluorescent) هستند.
میکروسکوپ زمینه تاریک شبیه به میکروسکوپ نوری معمولی است. با این حال، سیستم کندانسور (Condenser) به گونه‌ای اصلاح شده که مستقیماً به نمونه نور تابانده نمی‌شود.
کندانسور نور را به صورت مایل هدایت می‌کند تا نور از روی نمونه منحرف یا پراکنده شود که سپس در پس‌زمینه تاریک، نمونه درخشان به نظر می‌رسد.
نمونه‌های موجودات زنده را می‌توان با سهولت بیشتری در میکروسکوپ زمینه تاریک نسبت به میکروسکوپ میدان روشن مشاهده کرد.

اصول میکروسکوپ زمینه تاریک

یک میکروسکوپ زمینه تاریک به گونه‌ای چیده شده است که منبع نور مسدود شده و باعث پراکندگی نور در هنگام برخورد با نمونه می‌شود.
این امر برای اینکه اجسامی با میزان انکسار مشابه پس‌زمینه، درخشان به نظر برسند، ایده‌آل است.
هنگامی که نور به یک شیء برخورد می‌کند، پرتوها در تمام جهات پراکنده می‌شوند. طراحی میکروسکوپ زمینه تاریک به گونه‌ای است که نور تجزیه شده یا مرتبه صفر را طوری حذف می‌کند که فقط پرتوهای پراکنده به نمونه برخورد می‌کنند.
به جای آن‌که منبع نور مستقیم در بالا/ زیر شیء باشد، وجود یک کندانسور و/یا دهانه عدسی در زیر صفحه تضمین می‌کند که این پرتوهای نوری از زوایای مختلف به نمونه برخورد می‌کنند.
نتیجه یک “مخروط نوری” است که در آن پرتوها بر روی شیء انکسار می‌یابند، منعکس و/یا دچار شکست می‌شوند و در نهایت به فرد این امکان را می‌دهد که یک نمونه را در میدان تاریک ببیند.

به عبارت دیگر:

میکروسکوپ زمینه تاریک از نوع خاصی از میکروسکوپ نوری مرکب (Compound light microscope) استفاده می‌کند.
کندانسور زمینه تاریک با یک دهانه عدسی دایره‌ای مرکزی که هدف را با یک مخروط نوری، درخشان می‌کند، ضروری‌ترین بخش میکروسکوپ زمین تاریک است.
این میکروسکوپ از نور منعکس شده به جای نور عبوری که در میکروسکوپ نوری معمولی به کار می‌رود، استفاده می‌کند.
از تابش مستقیم نور بر روی عدسی شیئی جلوگیری می‌کند.
پرتوهای نوری که بر روی شیء می‌افتند، بر روی عدسی شیئی منعکس یا پراکنده می‌شوند و در نتیجه میکروارگانیسم‌ها در پس زمینه‌ای تاریک، درخشان به نظر می‌رسند.

موارد استفاده از میکروسکوپ زمینه تاریک

میکروسکوپ زمینه تاریک کاربردهای زیر را دارد:

این میکروسکوپ برای آشکارسازی باکتری‌های بسیار کوچک که در نور معمولی قابل مشاهده نیستند مفید است، زیرا انعکاس نور، آن‌ها را بزرگتر نشان می‌دهد.
استفاده از این میکروسکوپ یک روش پرکاربرد برای آشکارسازی سریع ترپونما پالیدوم (Treponema pallidum) در نمونه‌های بالینی می‌باشد.
همچنین برای آشکارسازی تحرک باکتری‌های تاژک‎‌دار (Flagellated bacteria) و تک‌یاخته‌ها (protozoa) مفید است.
میکروسکوپ زمینه تاریک برای مطالعه ارگانیسم‌های دریایی مانند جلبک‌ها، پلانکتون‌ها، دیاتوم‌ها (Diatom)، حشرات، فیبرها، موها، مخمرها و تک‌یاخته‌ها و همچنین برخی مواد معدنی و کریستال‌ها، پلیمرهای کوچک و برخی از سرامیک‌ها (Ceramic) استفاده می‌شود.
میکروسکوپ زمینه تاریک برای مطالعه سلول‌ها و بافت‌های قرار داده شده بر روی اسلاید جهت مشاهده زیر میکروسکوپ، استفاده می‌شود.
در بررسی جزئیات خارجی مانند خطوط پیرامونی، لبه‌ها، مرزدانه‌ها (Grain boundaries) و عیوب سطحی، بیشتر از ساختار داخلی مفید است.

مزایای میکروسکوپ زمینه تاریک

میکروسکوپ زمینه تاریک یک تکنیک بسیار ساده و در عین حال موثر است.
این میکروسکوپ به خوبی برای استفاده‌هایی که شامل نمونه‌های بیولوژیکی زنده و رنگ نشده، مانند اسمیر (Smear) از کشت بافت یا ارگانیسم‌های تک سلولی منفرد آب‌برد (water-borne)، می‌باشد، مناسب است.
با توجه به سادگی تنظیمات، کیفیت تصاویر به دست آمده از این تکنیک، قابل توجه است.
به دلیل ماهیت فرآیند، تکنیک‌های میکروسکوپ زمینه تاریک تقریباً به طور کامل عاری از آرتیفکت (هر گونه خطایی در تصویرگیری یا پردازش تصاویر (Artifact)) هستند.
یک محقق می‌تواند با ایجاد تغییراتی در میکروسکوپ خود به یک زمینه تاریک دست یابد.