कम लागत वाली प्रतिदीप्ति और उज्ज्वल क्षेत्र माइक्रोस्कोप डिजाइन
प्रतिदीप्ति सूक्ष्मदर्शी एक विधि है जिसका उपयोग दृश्यावलोकन के लिए किया जाता है
इस गाइड में, मैं फ्लोरोसेंस माइक्रोस्कोपी की मूल बातें और तीन अलग-अलग कम लागत वाले फ्लोरोसेंस माइक्रोस्कोप बनाने के तरीके की समीक्षा करूँगा। इन प्रणालियों की कीमत आम तौर पर हज़ारों डॉलर होती है, लेकिन हाल ही में उन्हें और अधिक सुलभ बनाने के लिए कुछ प्रयास किए गए हैं। यहाँ प्रस्तुत डिज़ाइन में स्मार्टफ़ोन, dSLR और USB माइक्रोस्कोप का उपयोग किया गया है। इन सभी डिज़ाइनों का उपयोग ब्राइटफ़ील्ड माइक्रोस्कोप के रूप में भी किया जा सकता है।
चरण 1: प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी का अवलोकन
प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी की मूल अवधारणाओं को समझने के लिए, रात में घने जंगल की कल्पना करें, जिसमें पेड़, जानवर, झाड़ियाँ और अन्य जीवित जंगल हों। यदि आप जंगल में टॉर्च की रोशनी डालते हैं, तो आपको ये सभी संरचनाएँ दिखाई देंगी और आपको विशिष्ट जानवरों या पौधों को देखने में कठिनाई होगी। मान लीजिए कि आप जंगल में केवल ब्लूबेरी की झाड़ियों को देखने में रुचि रखते हैं। ऐसा करने के लिए, आप जुगनू को केवल ब्लूबेरी की झाड़ियों की ओर आकर्षित होने के लिए प्रशिक्षित करते हैं, ताकि जब आप जंगल को देखें, तो केवल ब्लूबेरी की झाड़ियाँ ही चमकें। आप कह सकते हैं कि आप ब्लूबेरी की झाड़ियों को चिह्नित करने के लिए जुगनू का उपयोग करते हैं ताकि आप जंगल में ब्लूबेरी की संरचनाओं को देख सकें।
इस सादृश्य में, जंगल पूरे नमूने का प्रतिनिधित्व करता है, ब्लूबेरी झाड़ियाँ उन संरचनाओं का प्रतिनिधित्व करती हैं जिन्हें आप देखना चाहते हैं (जैसे विशिष्ट कोशिकाएँ या उपकोशिकीय अंगक), और जुगनू फ्लोरोसेंट यौगिक हैं। जुगनू के बिना अकेले मशाल को रोशन करना ब्राइट फील्ड माइक्रोस्कोपी के समान है।
अगला कदम फ्लोरोसेंट यौगिकों (जिन्हें फ्लोरोफोर भी कहा जाता है) के बुनियादी कार्य को समझना है। फ्लोरोफोर वास्तव में छोटे ऑब्जेक्ट (नैनोस्केल) होते हैं जिन्हें नमूने में विशिष्ट संरचनाओं को जोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है। वे प्रकाश की तरंगदैर्ध्य की एक संकीर्ण सीमा को अवशोषित करते हैं और प्रकाश की एक और तरंगदैर्ध्य को फिर से उत्सर्जित करते हैं। उदाहरण के लिए, एक फ्लोरोफोर नीली रोशनी को अवशोषित कर सकता है (यानी फ्लोरोफोर नीली रोशनी से उत्तेजित होता है) और फिर हरी रोशनी को फिर से उत्सर्जित करता है। इसे आमतौर पर उत्तेजना और उत्सर्जन स्पेक्ट्रा (ऊपर) द्वारा संक्षेपित किया जाता है। ये आरेख फ्लोरोफोर द्वारा अवशोषित प्रकाश की तरंगदैर्ध्य और फ्लोरोफोर द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की तरंगदैर्ध्य दिखाते हैं।
माइक्रोस्कोप का डिज़ाइन सामान्य ब्राइटफील्ड माइक्रोस्कोप के समान ही है, जिसमें दो मुख्य अंतर हैं। सबसे पहले, नमूने को रोशन करने वाला प्रकाश उस तरंगदैर्ध्य पर होना चाहिए जो फ्लोरोफोर को उत्तेजित करता है (ऊपर दिए गए उदाहरण के लिए, प्रकाश नीला है)। दूसरे, माइक्रोस्कोप को केवल उत्सर्जित प्रकाश (हरा प्रकाश) को इकट्ठा करना होता है जबकि नीला प्रकाश अवरुद्ध होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि नीला प्रकाश हर जगह है, लेकिन हरा प्रकाश केवल नमूने में विशिष्ट संरचनाओं से आता है। नीले प्रकाश को अवरुद्ध करने के लिए, माइक्रोस्कोप में आमतौर पर एक लॉन्ग-पास फ़िल्टर होता है जो हरे प्रकाश को नीले प्रकाश के बिना गुजरने देता है। प्रत्येक लॉन्ग-पास फ़िल्टर में एक कट-ऑफ तरंगदैर्ध्य होता है। यदि प्रकाश की तरंगदैर्ध्य कट-ऑफ तरंगदैर्ध्य से अधिक है, तो यह फ़िल्टर से होकर गुजर सकता है। इसलिए इसका नाम "लॉन्ग पास" है। छोटी तरंगदैर्ध्य को अवरुद्ध किया जाता है।
चरण 2: ऑप्टिकल ऑप्टिक्स के साथ माइक्रोस्कोप का मॉडलिंग
यह माइक्रोस्कोप डिजाइन के बुनियादी सिद्धांतों के लिए एक अतिरिक्त कदम है। फ्लोरोसेंस माइक्रोस्कोप बनाने की कोई आवश्यकता नहीं है, इसलिए यदि आप प्रकाशिकी में गहराई से नहीं जाना चाहते हैं तो आप इसे छोड़ सकते हैं।
ब्राइटफील्ड और फ्लोरोसेंस माइक्रोस्कोप दोनों को रे ऑप्टिक्स का उपयोग करके मॉडल किया जा सकता है। रे ऑप्टिक्स का मूल आधार यह है कि प्रकाश एक प्रकाश स्रोत से दूर जाने वाले प्रकाश के समान व्यवहार करता है। जब आप किसी कमरे के चारों ओर देखते हैं, तो आपको खिड़की के बाहर या किसी लाइट बल्ब से सूरज की रोशनी दिखाई देती है। फिर कमरे में मौजूद वस्तुओं द्वारा प्रकाश को अवशोषित या परावर्तित किया जाता है। परावर्तित प्रकाश का कुछ हिस्सा आपकी आँखों की ओर निर्देशित होता है। यदि वस्तु प्रकाशित है, तो आप कल्पना कर सकते हैं कि वस्तु पर प्रत्येक बिंदु सभी दिशाओं में प्रकाश उत्सर्जित कर रहा है (ऊपर)। लेंस, हमारी आँखों के लेंस की तरह, प्रकाश को एक बिंदु पर केंद्रित करता है ताकि हम वस्तु को देख सकें। लेंस के बिना, प्रकाश बाहर की ओर यात्रा करना जारी रखता है और कोई छवि नहीं बनाता है।
तो हम ऐसे ऑप्टिकल सिस्टम कैसे बनाते हैं जो छोटी वस्तुओं को बड़ा कर सकें? डिज़ाइन को समझने के लिए, आपको वास्तव में केवल दो समीकरणों को जानना होगा: पतले लेंस इमेजिंग और आवर्धन समीकरण:
1/फ़=1/सी + 1/सो
एम=-सी/सो
f लेंस की फ़ोकल लंबाई है। कम फ़ोकल लंबाई का मतलब है कि लेंस में ज़्यादा फ़ोकस करने की शक्ति है।
यही बात वस्तु दूरी के लिए भी सत्य है; लेंस और वस्तु (जैसे एक पेड़) के बीच की दूरी।
si प्रतिबिम्ब दूरी है; लेंस और जहाँ प्रतिबिम्ब बनता है, के बीच की दूरी
M आवर्धन है; वस्तु के सापेक्ष छवि कितनी बड़ी है। सूक्ष्मदर्शी के लिए, हम आवर्धन बढ़ाना चाहते हैं।
पतले लेंस समीकरण पर पूर्ण ट्यूटोरियल के लिए, खान अकादमी का यह वीडियो देखें। ऊपर दिए गए gif में, आप देख सकते हैं कि वस्तु लेंस के करीब जितनी दूर जाती है, छवि की दूरी उतनी ही बढ़ती है, जिससे आवर्धन बढ़ता है। दो तीरों वाली खड़ी रेखा लेंस को दर्शाती है।
