ED-OMS-V1 - учебный набор по оптической микроскопии

Рис. 1  – Мишень для тестирования

3. Освещение по Кёлеру

Освещение по Кёлеру (Köhler illumination) – стандартный метод в микроскопии, обеспечивающий равномерную подсветку образца за счёт использования двух линз в оптической схеме.

Практические задания модуля:

• сборка микроскопической системы с освещением по Кёлеру;
• изучение функций каждого оптического элемента и методик их юстировки;
• понимание концепции сопряжённых плоскостей.

Рис. 2 – Схема освещения по Кёлеру

4. Теория визуализации Аббе

Теория Аббе (Abbe's theory of imaging) описывает фундаментальные принципы работы линзовых систем и их предельное разрешение. В её основе лежит волновая природа света, которая объясняет ограничения разрешающей способности микроскопов и предоставляет ключевые рекомендации для проектирования высокоточных оптических систем.

Рис. 3 – Визуализация теории Аббе

Экспериментальная часть:

Согласно теории Аббе, объект наблюдения можно рассматривать как сложную двумерную дифракционную решётку. При освещении монохроматической плоской волной (в условиях когерентной системы) возникает дифракция Фраунгофера, формирующая в задней фокальной плоскости объектива характерную дифракционную картину. В рамках модуля студенты:

• исследуют распределение света в плоскости образца и задней фокальной плоскости линзы;
• сравнивают результаты, полученные с помощью цветных и монохромных камер.

5. Методы контрастирования

На основе изученных ранее концепций (теория Аббе, передаточная функция модуляции, влияние когерентности освещения) студенты переходят к практическому освоению методов повышения контраста:

• сборка фазово-контрастного микроскопа;
• сравнительный анализ изображений в режимах: светлого поля (bright-field), тёмного поля (dark-field), фазового контраста (phase-contrast).

6. Флуоресцентная микроскопия

В рамках данного учебного модуля студенты получают комплексное представление о принципах и практическом применении этого метода. Ключевое преимущество флуоресцентной микроскопии заключается в возможности селективного мечения конкретных биологических структур за счет использования антител, конъюгированных со специальными флуоресцентными красителями. Такой подход позволяет не только визуализировать, но и точно локализовать определенные молекулы внутри клетки с высоким пространственным разрешением.

В процессе обучения особое внимание уделяется фундаментальным аспектам флуоресцентного излучения, включая механизмы поглощения (возбуждения) и испускания света флуорофорами. Студенты получают практические навыки работы с оптическими фильтрами - важнейшими компонентами флуоресцентного микроскопа, от правильного подбора которых зависит качество получаемого изображения. В лабораторных занятиях рассматриваются различные конфигурации фильтрующих систем и их влияние на соотношение сигнал/шум.

Методика обучения включает как теоретическое изучение физических основ флуоресценции, так и практические занятия по получению флуоресцентных изображений. Студенты осваивают принципы работы эпифлуоресцентных микроскопов, изучают особенности подготовки образцов и учатся оптимизировать параметры съемки для различных типов флуорофоров. Особый акцент делается на понимании процессов фотообесцвечивания и способах его минимизации, что имеет критическое значение для длительных наблюдений.

Рис. 4 – Схема эпифлуоресцентной микроскопии

7. Спектроскопия и светофильтры

Практические задания модуля:

• калибровка спектрометра по длинам волн;
• измерение спектров пропускания оптических компонентов и расчёт их эффективности;
• анализ характеристик интерференционных фильтров и их ограничений.