Микроскопические методы исследования представляют собой способы изучения разнообразных объектов с использованием специального оборудования. Оно позволяет рассматривать строение веществ и организмов, величина которых находится за границами разрешающей способности человеческого взгляда. В статье проведем краткий анализ микроскопических методов исследования.
Общие сведения
Современные методы микроскопического исследования используют в своей практике разные специалисты. Среди них вирусологи, цитологи, гематологи, морфологи и прочие. Основные методы микроскопического исследования известны достаточно давно. В первую очередь это световой способ рассмотрения объектов. В течение последних лет активно вводятся в практику и другие технологии. Так, популярность приобрели фазово-контрастный, люминесцентный, интерференционный, поляризационный, инфракрасный, ультрафиолетовый, стереоскопический метод исследования. Все они базируются на разнообразных свойствах света. Кроме этого, широко используются электронно-микроскопические методы исследования. Эти способы позволяют отобразить объекты с помощью направленного потока заряженных частиц. Стоит отметить, что такие приемы изучения применяются не только в биологии и медицине. Достаточно популярен микроскопический метод исследования металлов и сплавов в промышленности. Такое изучение позволяет оценивать поведение соединений, вырабатывать технологии для минимизации вероятности разрушения и усиления прочности.
Световые способы: характеристика
Такие микроскопические методы исследования микроорганизмов и других объектов базируются на различной разрешающей способности оборудования. Немаловажными факторами при этом является направленность луча, особенности самого объекта. Последний, в частности, может быть прозрачным или непрозрачным. В соответствии со свойствами объекта, меняются физические свойства светового потока – яркость и цвет, обусловленные амплитудой и длиной волны, плоскость, фаза и направленность распространения волны. На использовании этих характеристик и строятся разные микроскопические методы исследования.
Специфика
Для изучения световыми способами объекты, как правило, окрашивают. Это позволяет выявить и описать те или иные их свойства. При этом необходимо, чтобы ткани были фиксированными, поскольку окраска выявит определенные структуры исключительно в убитых клетках. В живых элементах краситель обосабливается в виде вакуоли в цитоплазме. Она не прокрашивает структуры. Но с помощью светового микроскопа можно исследовать и живые объекты. Для этого используется витальный способ изучения. В таких случаях применяется темнопольный конденсор. Он встраивается в световой микроскоп.
Изучение неокрашенных объектов
Оно осуществляется с помощью фазово-контрастной микроскопии. Этот способ базируется на дифракции луча в соответствии с особенностями объекта. В процессе воздействия отмечается изменение фазы и длины волны. В объективе микроскопа присутствует полупрозрачная пластинка. Живые или фиксированные, но не окрашенные объекты из-за своей прозрачности почти не изменяют цвет и амплитуду луча, проходящего сквозь них, провоцируя только сдвиг волновой фазы. Но при этом, пройдя через объект, световой поток отклоняется от пластинки. В итоге между лучами, пропущенными сквозь объект, и входящими в световой фон, появляется разность волновой длины. При определенном ее значении возникает визуальный эффект – темный объект будет четко виден на светлом фоне либо наоборот (в соответствии с особенностями фазовой пластинки). Для его получения разность должна составлять не меньше 1/4 длины волны.
Аноптральный способ
Он является разновидностью фазово-контрастного метода. Аноптральный способ предполагает использование объектива со специальными пластинками, которые меняют только цвет и яркость фонового света. Это существенно расширяет возможности изучения неокрашенных живых объектов. Применяется фазово-контрастный микроскопический метод исследования в микробиологии, паразитологии при изучении растительных и животных клеток, простейших организмов. В гематологии этот способ используется для расчета и определения дифференцировки элементов крови и костного мозга.
Интерференционные приемы
Эти микроскопические методы исследования решают в целом те же задачи, что и фазово-контрастные. Однако в последнем случае специалисты могут наблюдать только контуры объектов. Интерференционные микроскопические методы исследования позволяют изучать их части, выполнять количественную оценку элементов. Это возможно благодаря раздвоению светового луча. Один поток проходит сквозь частицу объекта, а другой – мимо. В окуляре микроскопа они сходятся и интерферируют. Возникающая разность фаз может определяться по массе разных клеточных структур. При последовательном ее измерении с заданными показателями преломления можно установить толщину нефиксированных тканей и живых объектов, содержание белков в них, концентрацию сухого вещества и воды и пр. В соответствии с полученными данными специалисты получают возможность косвенно оценивать проницаемость мембран, активность ферментов, клеточный метаболизм.
Поляризация
Она осуществляется с помощью призм Николя или пленчатых поляроидов. Их помещают между препаратом и источником света. Поляризационный микроскопический метод исследования в микробиологии позволяет изучать объекты с неоднородными свойствами. В изотропных структурах быстрота распространения света не зависит от выбранной плоскости. При этом в анизотропных системах скорость изменяется в соответствии с направленностью света по поперечной либо продольной оси объекта. В случае если величина преломления вдоль структуры будет больше, чем вдоль поперечной, создается двойное положительное лучепреломление. Это свойственно многим биологическим объектам, у которых обнаруживается строгая молекулярная ориентация. Они все являются анизотропными. К этой категории, в частности, относятся миофибриллы, нейрофибриллы, реснички в мерцательном эпителии, коллагеновые волокна и прочие.
Значение поляризации
Сравнение характера лучевого преломления и показателя анизотропии объекта дает возможность оценивать молекулярную организацию структуры. Поляризационный метод выступает как один из гистологических способов анализа, используется в цитологии и пр. В свете можно изучать не только окрашенные объекты. Поляризационный метод дает возможность исследовать неокрашенные и нефиксированные – нативные – препараты тканевых срезов.
Люминесцентные приемы
Они базируются на свойствах некоторых объектов давать свечение в сине-фиолетовом участке спектра или в УФ-лучах. Многие вещества, например белки, некоторые витамины, коферменты, лекарственные средства, наделены первичной (собственной) люминесценцией. Другие объекты начинают светиться при добавлении флюорохромов – специальных красителей. Эти добавки избирательно или диффузно распространяются на отдельные клеточные структуры или химические соединения. Это свойство легло в основу использования люминесцентной микроскопии при гистохимических и цитологических исследованиях.
Области использования
Применяя иммуно-флуоресценцию, специалисты обнаруживают вирусные антигены и устанавливают их концентрацию, идентифицируют вирусы, анти тела и антигены, гормоны, разнообразные продукты метаболизма и так далее. В этой связи при диагностике герпеса, эпидемического паротита, вирусного гепатита, гриппа и прочих инфекций используются люминесцентные методы исследования материалов. Микроскопический иммуно-флуоресцентный способ позволяет распознавать опухоли злокачественного характера, определять ишемические участки в сердце на ранних этапах инфаркта и пр.
Использование ультрафиолета
Оно основывается на способности ряда веществ, включенных в живые клетки, микроорганизмы или фиксированные, но неокрашенные, прозрачные при видимом свете ткани поглощать УФ-лучи определенной длины волн. Это характерно, в частности, для высокомолекулярных соединений. К ним относят белки, ароматические кислоты (метилаланин, триптофан, тирозин и пр.), нуклеиновые кислоты, пирамидиновые и пуриновые основания и так далее. Ультрафиолетовая микроскопия позволяет уточнить локализацию и количество этих соединений. При изучении живых объектов специалисты могут наблюдать изменения процессов их жизнедеятельности.
Дополнительно
Инфракрасная микроскопия используется при исследовании непрозрачных для света и УФ-лучей объектов посредством поглощения их структурами потока, длина волны которого 750-1200 нм. Чтобы применить этот способ нет необходимости предварительно подвергать препараты химической обработке. Как правило, инфракрасный метод используется в антропологии, зоологии и прочих биологических отраслях. Что касается медицины, то этот способ применяют преимущественно в офтальмологии и нейроморфологии. Изучение объемных объектов осуществляется с помощью стереоскопической микроскопии. Конструкция оборудования позволяет выполнять наблюдение левым и правым глазом под различным углом. Непрозрачные объекты исследуются при сравнительно небольшом увеличении (не более 120 раз). Стереоскопические способы используются в микрохирургии, патоморфологии, в судебной медицине.
Электронная микроскопия
Она используется для изучения структуры клеток и тканей на макромолекулярном и субклеточном уровнях. Электронная микроскопия позволила сделать качественный скачок в сфере исследований. Этот способ широко применяется в биохимии, онкологии, вирусологии, морфологии, иммунологии, генетике и прочих отраслях. Значительное усиление разрешающей способности оборудования обеспечивается потоком электронов, которые проходят в вакууме сквозь электромагнитные поля. Последние, в свою очередь, создаются специальными линзами. Электроны обладают способностью проходить сквозь структуры объекта либо отражаться от них с отклонениями под разными углами. В результате создается отображение на люминесцентном экране прибора. При просвечивающей микроскопии получается плоскостное изображение, при сканирующей, соответственно, объемное.
Необходимые условия
Стоит отметить, что перед тем, как пройти электронное микроскопическое исследование, объект подвергается специальной подготовке. В частности, используется физическая либо химическая фиксация тканей и организмов. Секционный и биопсийный материал, кроме этого, обезвоживают, внедряют в эпоксидные смолы, разрезают алмазными или стеклянными ножами на ультратонкие срезы. Затем их контрастируют и изучают. В сканирующем микроскопе исследуются поверхности объектов. Для этого на них напыляют специальные вещества в вакуумной камере.
