•Mikroskopické techniky •„The role of the infinitely small in nature is infinitely large" Louis Pasteur Janssenovi Z 9 x, ~1595 Replika mikroskopu Antony van Leeuwenhoeka Z 50 – 275 x 17.století Ústav molekulární genetiky AV ČR elektronový mikroskop Tecnai T20 "Objekt, který má reálně 1 milimetr, by měl při zvětšení tímto mikroskopem 700 metrů," Buňka minimální jednotka strukturní, funkční a reprodukční •Vývoj buněčné teorie • rozvoj mikroskopie (17. století až současnost) • Jan Evangelista Purkyně (1787 –1869) mezi prvními na • světě přisoudil buňkám jejich stěžejní význam pro život • Matthias.J. Schleiden (1804-81) a Theodor Schwann (1810-82) 1839 buněčná teorie: Vývoj živé přírody se opírá o růst a tvoření buněk, buňky rostlin a živočichů se shodují tvarem a funkcí. Buňka je základní, stavební a funkční jednotkou živých organismů. • Rudolf Virchow (1821-1902) • „nové buňky vznikají jen dělením z již existujících“ • L. Pasteur (1822-85) • fermentace, popřel teorii spontánního tvoření buněk •rozvoj biochemie 1.pol.20.stol 1953 struktura DNA (Watson, Crick,Franklinová) J.E.Purkyně R.Virchow Louis Pasteur • • OBRAZ? ZVĚTŠENÍ? Morfologie kolonií • •Velikost (průměr; mm) •Tvar •Profil •Okraje •Povrch •Transparence – průhledná, průsvitná, neprůsvitná kolonie •Barva - kolonie bezbarvá, pigment: našedlá, bělavá, žlutá … Další znaky Vůně, zápach – po jasmínu, žluklém másle, ovocný … Tvorba mycelia Změny media – dvorec zbarvení, hemolýzy, precipitátu Konzistence – zjišťuje se bakteriální kličkou (viskózní, mazlavá, drobivá, zarůstá do agaru) Křížový roztěr Mikroskopie •Pojmy a schémata mikroskopie •A) Optická - zobrazení struktur lišících se vzájemně absorbcí viditelného světla • 1) Varianty optického mikroskopu • 2) Speciální optické mikroskopy • zobrazení struktur lišících se vzájemně • např. absorbcí UV i IR světla •B) Elektronová •C) Akustická Lidské oko má rozlišovací schopnost 0,07 mm. Pro mikroskopii lze využít jakékoli vlnění s vlnovou délkou kratší než jsou rozměry objektu. Tubulární mikroskop Bratři Janssenové, 1595 Nejstarší nákres složeného mikroskopu, Isaac Beeckman, Middelburg , 1625 •Robert Hook 1665 •Již olejová lampa Mikroskop typ I, 1670 Antony van Leeuwenhoek Jednoduché, zaostřovací šroub, držák. Bez světel. Celkem 419 mikroskopů 1595 – Zachariáš a Jan Janssenovi - 1. mikroskop Historie mikroskopie Krystaly vinného octa, Antony van Leeuwenhoek • Carl Zeiss 1886 Složený monokulární mikroskop Van Leeuwenhoekovy „Listy“ „Carl Zeiss“ binokulární mikroskop (design 2002) Kterou mikroskopickou techniku použít? •Její dostupnost •Záleží na mikroskopované struktuře •Tolerance k artefaktům •Př: EM – tři hlavní skupinky preparátů • mesozomy, filamenta, nukleoid • - dehydratace + barvení – ovlivňují morfologii struktur • - kryoelektronová mikroskopie – pozorování hydratovaných zmražených buněk • • Optická (světelná) mikroskopie •Max. zvětšení 1500 X, max. rozlišení 200 nm •Stavba světelného mikroskopu • - mechanické součásti - stativ, noha, tubus, revolverový měnič objektivů, • stolek, makro- a mikrošroub • - optika mikroskopu (objektiv a okulár) – kombinace čoček, korekce vad • - osvětlovací zařízení - světlo prochází objektem • - zdroj světla: lampa v noze s kolektorovou čočkou • kondenzor – ze 2-3 spojených čoček • - soustřeďuje světelné paprsky na objekt •Základem mikroskopu jsou dvě soustavy čoček: • 1) Objektiv – převrací neskutečný, zvětšený a přímý obraz pozorovaný okulárem (lupou) • Výsledkem je neskutečný, zvětšený a převrácený obraz. • - čím kratší ohnisková vzdálenost objektivu, tím větší je zvětšení • 2) Okulár – zvětšuje obraz vytvořený objektivem, zvětšení je prázdné. Koriguje zbytek vad. • a) jeden – mikroskopy monokulární • b) dva – binokulární (Carl Zeiss 1933), světelný svazek rozdělen hranolem na dva •Na základě vlastností světla v prostředí vzniká obraz Pojmy mikroskopie • Rozlišení - jak daleko musí být od sebe dva body, aby nesplynuly v jeden Celkové zvětšení Z - kolikrát je obraz sledovaného objektu větší než objekt – je dáno součinem zvětšení objektivu a okuláru - omezeno rozlišovací mezí Rozlišovací mez - teorie výpočtu vychází z interference prošlých paprsků (E.K. Abbe) δ = λ / n . sin α λ ………vlnová délka použitého světla – čím vyšší, tím vyšší rozlišení n ………index lomu prostředí mezi čelem objektivu a sklíčkem α………úhel mezi optickou osou mikroskopu a kuželem paprsků vstupujích z preparátu do objektivu Numerická apertura •Pracovní vzdálenost • - od povrchu čočky objektivu po krycí sklo •Kontrast • - rozdíl ve vizualizaci objekt / pozadí •Numerická apertura objektivu (NA) n . sin α = součin úhlu dopadu paprsků od objektu do objektivu a indexu lomu - čím je vyšší, tím vyšší je rozlišovací schopnost objektivu, ale nižší hloubková ostrost Imerzní objektiv: Paprsek přecházející ze skla do imerzního prostředí svůj směr nemění a může se podílet na tvorbě obrazu. Imerzní prostředí - kapalina o stejném n jako krycí sklíčko. Často cedrový olej (n = 1,52). Imerze umožňuje korigovat některé opt. vady mikroskopu. větší index lomu vyšší úhel α vyšší numerická apertura nižší rozlišovací mez NA = 1,2 – 1,4 Pro žlutozelené světlo: Rozlišovací mez 0,4 μ m Suchý objektiv: Paprsek vystupující z preparátu pod úhlem α se na rozhraní mezi krycím sklíčkem a vzduchem láme od kolmice a nemůže se již podílet na tvorbě obrazu. menší index lomu menší numerická apertura vyšší rozlišovací mez n= 1 NA = max 1 Pro žlutozelené světlo: λ = 550 nm NA = 0,95 Rozlišovací mez = 0,6 μ m Rozlišovací mez δ = λ / n . sin α R. Hook - po 1.olejová lampa Kapalina zvyšuje účinek světla Optické vady (aberace) objektivů: •Otvorová vada (kulová, sférická) •Čočky objektivu nejsou tenké: • různý lom paprsků od optické osy •Bodový předmět zobrazen jako úsečka •Barevná vada (chromatická) •Je způsobena optickou disperzí (závislost indexu lomu na vlnové délce světla). •Bodový předmět zobrazován na různá místa optické osy v závislosti na vlnové délce světla. Spektrum tzv. bílého světla 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 nm viditelné světlo UV IR Korekce vad Kombinacemi vhodných spojných či rozptylných čoček z různých materiálů o různém n. Rozlišení objektivů dle stupně korekce vad: Achromáty – barevná vada korigována pro 2 barvy světla (červené a modrozelené), otvorová pro žluté Semiapochromáty – barevná vada korigována pro 2 barvy blíže oběma koncům viditelného světla Apochromáty – barevná: nejméně pro 3 barvy, otvorová pro 2. Nejdokonalejší objektivy pro bílé světlo Planachromáty a planapochromáty – korigované i zklenutí zorného pole. Význam pro mikrofotografii. Okuláry – typy dle účelu mikroskopie •Huygensův •Ortoskopické – nezkreslují zorné pole, přesně stejné zvětšení v celém zorném poli. Zejména k měřicím účelům. •Kompenzační – kompenzují zbytkové chromatické vady. •Periplanatické – odstraňují astigmatickou vadu silněji zvětšujícich objektivů. •Brillovy – dioptrické •Širokoúhlé – průměr zorného pole až 2,5 cm •Projektivy - mikrofotografie Mikroskopie •Pojmy a schémata mikroskopie •A) Optická - zobrazení struktur lišících se vzájemně absorbcí viditelného světla • 1) Varianty optického mikroskopu • 2) Speciální optické mikroskopy • zobrazení struktur lišících se vzájemně • např. absorbcí UV i IR světla •B) Elektronová •C) Akustická Lidské oko má rozlišovací schopnost 0,07 mm. Pro mikroskopii lze využít jakékoli vlnění s vlnovou délkou kratší než jsou rozměry objektu. Varianty optického mikroskopu •1) Mikroskopie v temném poli – pro zvýšení kontrastu • - preparát silný pro průchod paprsků • - pozorování v odražených paprscích • - upravený kondenzor osvětluje preparát zespodu • (čočka uprostřed zacloněná) – objekt svítí • • • 2) Stereomikroskopie – 2 mikroskopy se samostatnými • objektivy a okuláry - jejich optické osy svírají určitý úhel • - plynulá změna zvětšení bez zaostření • (operační mikroskopy) •3) Mikroskopy pro mikrofotografování, pro pořizování videozáznamu s digitálními kamerami, projekční mikroskopy, mikroskopy s mikromanipulátory metoda na pozorování velmi malých objektů (prvoci, bakterie) a jejich struktur zaživa celkové Z 1000x Speciální optické mikroskopy zobrazení struktur lišících se vzájemně absorbcí např.UV, IR světla •fázově kontrastní mikroskop • 1953 – Nobelova cena za objev – Frits Zernike (1888 – 1966) •interferenční mikroskop • - diferenční interferenční kontrast • dle Nomarského (DIC) •polarizační mikroskop •UV mikroskopie •fluorescenční mikroskop •Vybrané mikroskopické •techniky •Klasický světelný mikroskop: - detaily objektů nejsou rozeznány vzhledem k malému kontrastu mezi strukturami s podobnou propustností světla možnost pozorování živých objektů v nativním stavu bez barvení Fázový kontrast I. sarcina-nativni_5 Sporosarcina ureae halo efekt bacillus sphaericus tzv. „haló“ efekt okolo buněk Bacillus cereus Světelný mikroskop - Fázový kontrast Bacillus megaterium ccm 2007 (3-nativni24-hallo) Bacillus megaterium Epiteliální buňka •Pozorování nativního preparátu •= živé buňky; rychle vysychá • Max 1000x – 1500x • https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRXc907TchHzb8sw4NGJw_wiLUAioNk1wdssiosI_mhTho HutQV https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSdeIoGwKbwWYvVkAmFUDXI7-iBjLelY1Wkm8xY8Ci3706 bmWPW https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSrYMGNNYYV40H6VsC1enSE-Fhc18pUM8sJPtk6RWbbIA7 Kqbjr https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSvHtfwNqhUaPX7mh6FNAUwjnHY4tlZxMPz749l0LOhHfV dxwj2Mw https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQ_YTYdY45utaU_AwiFv-zyvLnob6tKc5QdztWKADdsFNu J-3yp https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcREHWC3gtgkCVWCRoeunU9f58wGQC72AFpWZTyyRzlm9ty FG7N4 https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSjVRH6foCKlfYBgPKkWSrK6Ew3Sf8JgJNFYYQxB3CKeVm s5Ug6qg > • • • • V husté absorbující části preparátu: vidíme ji jako světlou; dojde k částečné absorbci vlnové délky a ke změně amplitudy což zachytíme jako změnu intenzity světla. B = A + C Vlna C je oproti původní vlně A po difrakci posunuta o 180°. Při průchodu světelné vlny transparent. objektem se vlna zpozdí, nemění však intenzitu ani amplitudu, ale posune se její fáze – často o 90°. Mikroskop zvýší změnu ve fázi mezi původní vlnou A a vlnou po difrakci C na 180° - obě se pak po interferenci co nejvíce ruší. Pozn: posun fáze je v závislosti na rozdílu indexu lomu dané struktury a okolí, na délce optické dráhy a na vlnové délce světla. Fázový kontrast II •Princip: • V kondenzoru - kruhová clona (zatemnělý střed) • Paprsky projdou vzorkem - na fázových objektech dojde k odchýlení některých paprsků z původního směru (vlivem ohybu, rozptylu, lomu). • V objektivu - čtvrtfázová destička, také tvar mezikruží. Na ni dopad paprsků, co nezměnily směr při interakci s fázovými objekty, ty posunuty, ostatní paprsky (se změněným směrem) destičku minou, nejsou posunuty. • • Rozdíly ve fázi světla převedeny na změny kontrastu Fázový kontras II. •Obraz je vytvářen interferncí paprsků fázově posunutých i neposunutých •Pozitivní fázový kontrast: objekty tmavší vůči pozadí (fázově posunuty paprsky se změněným šířením) •Negativní fázový kontrast jsou-li objekty oproti pozadí relativně světlejší (fázově posunuty paprsky nevychýlené ze svého směru) Fázový kontrast III. Bacillus megaterium ccm 2007 (3-nativni24-hallo) Bacillus megaterium Epiteliální buňka bacillus cereus nomarskoho Sporosarcina ureae ccm860 nomarskeho_2 Interferenční mikroskop •Princip: pracuje se 2 koherentními (interference schopnými) paprsky, • 1. prochází objektem • 2. vedle objektu •Výhoda: možnost přímého měření indexu lomu objektů. Varianta interferenčního mikroskopu: Mikroskopy s diferenčním interferenčním kontrastem dle Nomarského (DIC) Hlavní součásti: Polarizátor srovnává vlny, jež jsou v různých rovinách Nomarského destička v kondenzoru je hranol, jež zpracovává polarizované světlo tak, že na preparát jdou dva paprsky souběžně vedle sebe. V analyzátoru vidíme 3D obraz v závislosti na různém n různých částí buňky. Zvýrazněním i malých rozdílů vznikne plastický obraz povrchu buňky. Bacillus megaterium ccm 2007 (nativni48noma) Bacillus megaterium Sporosarcina ureae Bacillus cereus Obraz: vzniká interferencí obou oddělených paprsků. •Princip: svazek polarizovaného světla je po průchodu preparátem štěpen polarizačním filtrem na 2 nepatrně posunuté svazky (nastává dvojlom). • •Takto se vytvoří i dva nepatrně posunuté obrazy, navzájem „kolmo polarizované“. • •Oblasti obrazů s fázovým posunem (způsobeného fázovými objekty preparátu) se přesně nekryjí a místa překryvu různého fáz.posunu jsou interferencí zviditelněna změnou jasu či barevným obrysem, v závislosti na použití monochromatického / polychromatického světla. Výhoda: citlivé i na velmi malou změnu optické dráhy paprsků (optická dráha je součinem indexu lomu a geometrické dráhy paprsku v daném prostředí) Světelný mikroskop - Jasné pole Epiteliální buňka •Pozorování barveného preparátu •= mrtvé buňky; dlouhá životnost • http://water.me.vccs.edu/courses/env108/changes/gram.jpg http://www.ral-diagnostics.fr/produit/en/M-BAC/coloration/pc_vers_site/protocoles/9/Photo1_GB.jpg Čistá kultura G- G+ Smíšená kultura G+/G- http://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/images/8/8f/Bacteria_-_gram-stained_vaginal_smear_01.j pg Max 1000x – 1500x Barvený stěr sliznice – buňky sliznice a buňky bakteriální Polarizační mikroskop • zviditelnění opticky aktivních nebo dvojlom vykazujících struktur • Princip: spojení konvenčního mikroskopu a polarimetru. •Optickou aktivitou se projevují i některé složky cytoplazmy i proudění cytoplazmy. UV mikroskopie •Princip: optika mikroskopu musí být z křemenného skla (dobře propouští UV). Obraz nepozorujeme okem, je zviditelněn na luminiscenčním stínítku a je fotografován. •Kratší vlnová délka UV = vyšší rozlišovací schopnost, té obvykle ale dosaženo není. Optika má korigovány vady pro jedinou vlnovou délku – takovou, co je přítomna ve zdroji UV záření. •Výhoda: přímé pozorování struktur propouštějících viditelné, ale pohlcujících UV světlo (bílkoviny, DNA). acetobacter 4flu •Využívá schopnosti některých látek •po ozáření světlem o kratší vlnové délce emitovat viditelné světlo o delší vlnové délce. •Využito dlouhovlnné UV a přilehlá oblast viditelného spektra emitovaného halogenovými lampami. •UV světlu je přizpůsobena optika kondenzoru, zbytek optického systému totožný s běžným optickým mikroskopem. •Přidány filtry (bariérový) chránící lidské oko před zbytkovým UV. •Fluorescenci vykazují: • někt. složky živé hmoty i bez obarvení (látky s aromatickým jádrem či heterocyklem – např. amk. tryptofan), většinu preparátů však barvíme fluorescenčními barvivy na zákl. specifické interakce s buněčnými strukturami. Mnohdy je fluorescenční barvivo (fluorochrom, fluorescenční sonda) navázáno na protilátku specifickou pro určitou bílkovinu v cytoplazmě, tak lze selektivně zviditelnit složky cytoskeletu eukaryotických buněk, chromatin, membránové bílkoviny apod. Fluorescenční mikroskop Mycobacterium phleii Auramin-rodamin Schéma a princip fluorescenčního mikroskopu Příklad s filtry: Složené světlo po průchodu excitačním filtrem redukováno na světlo modré, ost. pohlceno. Modré světlo dopadá na buňky s fluoresc. barvivem, to vysílá paprsky o delší vlně (žluté). Modré je pohlceno bariér.filtrem. V temném poli svítí žluté buňky. Princip fluorescenčního mikroskopu Otočná kostka s filtry a zrcátkem. Zrcátko rozdělí excitační a emitované světlo •Optické mikroskopy vytvářející obraz postupně, z jednotlivých bodů (pixelů) •= nesou informaci z úzkého světel.paprsku: •1.laserový řádkovací ( rastrovací, skenovací) konfokální mikroskop §Rušivé světlo z vrstev nad a pod rovinou ostrosti odstraněno z dráhy k detektoru zábranou s malým otvorem – výsledek: perfektně ostrý obraz. Paprsek se po objektu posouvá a obraz jednotlivých bodů se skládá v PC. Posunem paprsku do jiné hloubky lze vytvořit optické řezy a skládat je do 3D obrazu. §Význam: možnost pozorování i relativně silných preparátů, včetně nativních. §Konfokální mikroskop lze upravit i pro konfokální fluorescenční mikroskopii Doposud zmiňované optické mikroskopy (optický + varianty a speciální mikroskopy) vytvářejí obraz okamžitě, jako spojitý celek. •2. barevný řádkovací mikroskop „s letící stopou“ §místo mechanického řádkovacího systému používá jasnou bílou světelnou stopu, která přebíhá po řádcích na obrazovce osciloskopu. § Výhody: výborné rozlišení, vysoký kontrast (úpravou jasu zdrojové světelné stopy v závislosti na absorbanci preparátu) •3. optická skenovací mikroskopie v blízkém poli NFOS §velmi úzký světelný paprsek prochází po řádcích velmi tenkým preparátem a jsou měřeny změny jeho intenzity. § Výhody: rozlišení 10 –100x vyšší než u klasického světelného mikroskopu. Výhodou oproti elektronové mikroskopii (viz dále) je, že vzorek nemusí být umístěn ve vakuu ale lze jej pozorovat např. ve vodném prostředí. Ernest Ruska Německý vědec nositel Nobelovy ceny (1986) za objev elektronového mikroskopu (1931) http://www.fzu.cz/sites/default/files/images/popularizace/em4.png Elektronová mikroskopie (EM) •Zobrazení předmětů pomocí urychlených elektronových svazků – elektrony mají vlnovou délku de Broglieových hmotnost.vln •Urychlením lze dosáhnout stotisíckrát kratších vlnových délek: • Rozlišovací schopnost pak (σ= λ /n*sinα): velmi malá λ •Vlivem velkých optických vad použitých čoček (magnetické) • poměrně malá numerická apertura • – řádově setiny. • Rozlišovací mez: desetiny nm (mlk) Elektronový mikroskop Dělení EM dle způsobu zobrazování transmisní emisní odrazové (v praxi málo používané) řádkovací (skenovací či rastrovací) Světelný mikroskop (1000x) vs. Elektronový (100 000x) • http://img13.imageshack.us/img13/7915/090419200651large120694.jpg http://usa.chinadaily.com.cn/world/attachement/jpg/site1/20110526/001aa018f83f0f485f3e0b.jpg http://faculty.ccbcmd.edu/courses/bio141/labmanua/lab16/gramstain/images/gnrod.jpg Světelný mikroskop - Jasné pole http://textbookofbacteriology.net/EcoliO157H7.jpeg Světelný mikroskop - Fázový kontrast Mikroskopická pozorování bakteriálních buněk http://www.fzu.cz/sites/default/files/images/popularizace/em1.png • http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bc/E_coli_at_10000x%2C_original.jpg/1024px-E_ coli_at_10000x%2C_original.jpg Rastrovací elektronová mikroskopie http://biology.clc.uc.edu/fankhauser/labs/microbiology/gram_stain/Gram_stain_images/E_coli_2000_P72 01172.jpg Světelná mikroskopie: Jasné pole http://www.fzu.cz/sites/default/files/imagecache/pulka_strany/images/popularizace/em3.png http://php.med.unsw.edu.au/cellbiology/images/f/f1/Mitochondria_1_tem.jpg https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRILb9K-k5mAvMCAIg3WjHxewzEYBQgKQE-TEuBqq0NxW7 QtIMaaw http://www.fzu.cz/sites/default/files/images/popularizace/em5.png Transmisní elektronový mikroskop (TEM) Pomocí TEM lze studovat vznik, vlastnosti a vzájemné působení jednotlivých poruch krystalové struktury vzorků. •Metoda umožňuje pozorovat detaily buňky a virových částic. •Ke kontrastnímu znázornění zvýraznění struktur se používá negativní barvení solemi těžkých kovů, které nepropuštějí elektrony například uranyl acetát, molybdenan amonný. Transmisní elektronový mikroskop (TEM) http://www.marine.usf.edu/eml/images/bacteria4.jpg http://ej.iop.org/images/2043-6262/3/4/045007/Full/ansn444797f6_online.jpg Transmisní elektronový mikroskop (TEM) •V biologické praxi: • Z 5 000 - 100 000 × • rozlišení: desetiny nm (větší molekuly) •Struktura objektu: průchodem el.svazku •Elektronový paprsek: ze žhaveného kovového vlákna •Proti rozptylu elektronů: v tubusu EM vysoké vakuum •Čočky vytvářeny obvykle rotačně symetrickým elmag. polem •Konečný obraz pozorujeme nepřímo, projekcí na luminiscenční stínítko • Nevýhody: speciální postupy pro fixaci a barvení; vakuum;vysoký tlak,jako „barviva“: soli a oxidy těžkých kovů, nutno rozlišit artefakty vzniklé zpracováním preparátu. •Procházející elektrony se zachycují a obraz se zvětší a fotografuje. •Metoda umožňuje pozorovat •detaily buňky a virových částic. •Ke kontrastnímu znázornění zvýraznění struktur se používá negativní barvení solemi těžkých kovů, •které nepropuštějí elektrony například uranyl acetát, molybdenan amonný. Rastrovací elektronová mikroskopie (skenovací, řádkovací, Scanning Electron Microscope - SEM) http://www.fzu.cz/sites/default/files/images/popularizace/em9.png Popularita SEM pramení z možnosti získat obrázky povrchů širokého spektra materiálů, které jsou navíc jednoduše interpretovatelné. https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRv9cIUcNjDqSRXaBHMF_z4aMN_DASNnfpQ_BY_P24kyET csVYuuA https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQ45AqbYMM2rDbxq4v8aGG2BcZXfBZrLTqhHvRW8bT8p9z -Lxzt https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcR0t1YqlzWN6wyMG6lwLX5r2CpYg8zrV6l-ZGcPctwphRi 9ZFyS2A Rastrovací elektronová mikroskopie (skenovací, řádkovací, Scanning Electron Microscope - SEM) •velmi úzký paprsek elektronů je vychylovacím systémem nucen přejíždět po povrchu preparátu po řádcích •Rozlišovací schopnost SEM o 1-2 řády menší než TEM, ale možnost pozorování objektů s komplikovanou 3D strukturou (signál totiž nese informaci o sklonu povrchu v místě dopadu svazku elektronů) výsledkem je obraz s vysokou hloubkou ostrosti Nevýhody: pokovování povrchu preparátu, složitá fixace. Problém rozlišení artefaktů vzniklých zpracováním preparátu •Rastrovací elektronová mikroskopie znázorňuje povrch objektu (bakterie, viru, leukocytu), •tence potaženého paprskem iontů kovu, •například platiny. •Protože se pokovuje pod ostrým úhlem, v místech, kde se kovové ionty nedostanou vznikají stíny. Výsledkem je plastický trojrozměrný obraz. Skenovací tunelová elektronová mikroskopie (scanning tuneling electron microscopy, STM) §Nad povrchem preparátu se pohybuje velmi tenký kovový hrot, ke kterému „tunelují“ elektrony z povrchu preparátu (tunelový efekt – jev kvantové mechaniky, kdy částice pronikají oblastí, na překonání níž by dle zákonů klasické mechaniky neměli dostatek energie) §Zobrazuje se elektronová hustota na povrchu preparátu s rozlišením na úrovni rozměrů atomů. §Výhody: Vzorky nemusí být ve vakuu, ale např. i ve vodném prostředí. • Vynalezen v laboratořích IBM v Zürichu G. Binnigem a H. Rohrerem r.1980 • stm1.gif 5) Proud snímaný jehlou měřen citlivým měřidlem 5) a je využit k tomu, aby se pomocí regulátoru 6) udržovala výška hrotu nad povrchem vzorku konstantní, jak je vyznačeno na obrázku čárkovanou křivkou 7) Hrot tak s extrémní přesnosti mapuje výškový profil vzorku. Další zpracování je pak záležitostí počítače 8). Systém je schopen rozeznat jednotlivé atomy na povrchu vzorku. 1) jehla s extémně ostrým hrotem (pohybovat v řádcích - nanometry) 2) Na hrot je ze zdroje 3) přiloženo elektrické napětí vzhledem ke vzorku, jež může díky tunelovému efektu odsávat elektrony. 4) Výška hrotu nad vzorkem nastavována piezoelektrickým systémem • Skenovací tunelová elektronová mikroskopie (scanning tuneling electron microscopy, STM) https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcS_oxX3c8NtKEHUATcO_tiO-8jOOalHCIS8AVdK9SccsjY v4MH3 https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcT1HSAfrjT4DpWBijCGIOWxEfjBCUNbt3X44BCJA1i3kiB Z1DwBAw Atomic structure of a single-wall carbon nanotube enclosing encapsulated C_60 molecules. Click here for a larger image. https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSdELAjVS4CqMAd1cPVPw4JMVy_I7RV0rjqqdh6YUmxvyw ufU-eBg • Skenovací tunelová elektronová mikroskopie (scanning tuneling electron microscopy, STM) https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcS_oxX3c8NtKEHUATcO_tiO-8jOOalHCIS8AVdK9SccsjY v4MH3 https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcT1HSAfrjT4DpWBijCGIOWxEfjBCUNbt3X44BCJA1i3kiB Z1DwBAw https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSdELAjVS4CqMAd1cPVPw4JMVy_I7RV0rjqqdh6YUmxvyw ufU-eBg http://www.icmm.csic.es/spmage/gallery/2009/view/view09_STM421703201556.jpg Akustická mikroskopie UFM – Mikroskopie ultrazvukových sil • Hyperzvuk proniká v kapalinách i pevném prostředí do hloubky jednotek až desítek mikrometrů. • Pozorování preparátů neprostupných pro elektrony a viditelné světlo. • Informace o mechanických vlastnostech prostředí. • akustický mikroskop – zařízení, které vysílá na vzorek řádkovacím způsobem ultrazvukový signál, odezvu převádí na elektrický signál a na monitoru prezentuje rekonstruovaný videoobraz Kam se podívat... •Kabinet elektronové mikroskopie – Technické muzeum Brno • •AVČR – Ústav přístrojové techniky • Muzeum oddělení Elektronové optiky • http://www.isibrno.cz/img/logoo.jpg http://www.isibrno.cz/muzeum/eo/obr8resize.jpg Expozice Kabinet elektronové mikroskopie Barvení buněk •Gramovo barvení – barvení bakterií jako identifikační metoda •Hans Christian Joachim Gram (1884) •1)Bazické barvivo --- 2)voda ---- 3)Lugolův fixační roztok --- 4)voda --- 5)aceton, ethanol --- 6)voda --- 7)safranin (dobarvení) • Grampozitivní typ buněčné stěny: peptidoglykan 40nm, 90%, hydrofobní struktura. Mezi polymerem je voda. Do hydratované vrstvy se dostává barvivo krystalové violeti, Lugolův roztok fixuje přímo na strukturách. Organické rozpouštědlo poté dehydratuje vrstvu. Barvivo zůstává pevně vázáno, nedobarví se dál safraninem. Gramnegativní typ buněčné stěny: peptidoglykan 10%, 2nm, porózní výplň mezi cytoplazmatickou membránou a vnější membránou. Barvivo se v porózní vrstvě nenaváže, odmývá se. • Obrazová dokumentace a zpracování obrazu •Zařízení •Komprese a formáty obrazu •Pojmy •Programy - analýza obrazu (LUCIA,NIS) •http://www.gate2biotech.cz/nejdokonalejsi-elektronovy-mikroskop-ve-sluzbach-ustavu-molekularni-gen etiky-av-cr/ •http://micro.magnet.fsu.edu/cells/bacteriacell.html •http://www.micro-scope.de/toc.html •http://w3.uniroma1.it/MEDICFISIO/microscopy.htm •http://www.euronet.nl/users/warnar/leeuwenhoek.html • • Zajímavé adresy a odkazy –Campbell N.A. a kol. (2006): Biologie, Computer press, Brno –Dušan Matis a kolektív: Mikroskopická technika. Skriptum PřF Univerzity Komenského, 1993 –Jaromír Plášek: Nové metody optické mikroskopie. Skriptum Fyzikálního ústavu Univerzity Karlovy –Hrazdira.I., Mornstein V. (2001): Lékařská biofyzika a přístrojová technika, Neptun, Brno –Rosypal a kol. (1999): Úvod do molekulární biologie, Brno – • • Zdroje: