Penerapan Konsep Mikroskop Modern dalam Pengamatan Dunia Mikroskopis
Dari zaman kuno hingga sekarang, manusia telah mengejar kebenaran yang lebih tinggi dan lebih jauh. Dari perjalanan laut hingga penjelajahan luar angkasa, orang-orang telah menaklukkan tujuan besar satu demi satu. Namun, dunia makroskopis yang dilihat manusia dengan mata telanjang bukanlah seluruh dunia, dan mata manusia tidak dapat melihatnya dengan jelas. Itu juga menarik banyak orang untuk dijelajahi dan dikejar.
Terlepas dari hal-hal makroskopis atau mikroskopis, pengamatan kami didasarkan pada atribut ruang tiga dimensi, yaitu XYZ tiga dimensi, dan pengamatan perubahan bentuk benda perlu memperkenalkan faktor pengukuran lain - waktu T, jadi cara paling lengkap untuk mengamati benda-benda harus perekaman XYZT secara bersamaan, yaitu, fotografi bentuk jangka panjang plus waktu, juga merupakan fungsi utama mikroskop.
Setelah lebih dari 300 tahun pengembangan, mikroskop modern telah mengusulkan konsep seperti resolusi, kedalaman bidang, dan bidang pandang, dan terus mengusulkan solusi. Mikroskop awalnya memenuhi kebutuhan kita untuk mengamati dunia mikroskopis dan membantu kita merekam ruang dan waktu dunia mikroskopis.
Hal terpenting dalam pengamatan dunia mikroskopis adalah resolusi detail, dan konsep resolusi lahir dari sini. Resolusi mengacu pada jarak minimum antara dua titik yang dapat dibedakan oleh mata manusia, dan hanya berlaku dalam dimensi XY. Menurut kriteria Rayleigh, Kriteria Rayleigh, batas yang dapat dibedakan oleh orang normal adalah dua titik 0.2mm pada jarak 25cm. Saat kita menggunakan mikroskop, kita dapat melihat dua titik pada jarak yang lebih kecil, yang meningkatkan resolusi pengamatan kita. Dengan pendalaman penelitian modern yang berkelanjutan, kebutuhan orang akan resolusi juga terus meningkat, dan para ilmuwan juga terus meningkatkan resolusi mikroskop. Misalnya, mikroskop elektron telah meningkatkan resolusi ke tingkat nanometer, memungkinkan pengamatan virus. Teknologi pencitraan mikroskopis ultra-tinggi meningkatkan resolusi mikroskop dari 200 nanometer menjadi puluhan nanometer, mewujudkan pengamatan organel sel hidup.
Peningkatan resolusi juga membawa masalah baru yaitu berkurangnya field of view dan depth of field. Saat menggunakan metode iluminasi sentral biasa (metode iluminasi fotopik yang membuat cahaya melewati spesimen secara merata), jarak resolusi mikroskop adalah d=0.61 λ/NA, rentang panjang gelombang cahaya tampak adalah { {2}}nm, panjang gelombang rata-rata adalah 550nm, dan panjang gelombang adalah konstanta tetap. Oleh karena itu, meningkatkan nilai NA dapat memperoleh nilai D yang lebih kecil, yaitu jarak antara dua titik yang dapat dibedakan menjadi lebih kecil, memungkinkan orang untuk melihat objek yang lebih kecil dengan jelas.
Nilai NA adalah apertur numerik, yang menggambarkan ukuran sudut kerucut penerima cahaya lensa, NA=n * sin , yaitu hasil kali indeks bias (n) medium antara lensa dan objek yang akan diperiksa dan sinus dari setengah sudut apertur (2). n adalah indeks bias cahaya medium antara lensa objektif dan sampel. Ketika media ruang objek mikroskop adalah udara, indeks bias n=1. Menggunakan media dengan indeks bias lebih tinggi dari udara dapat meningkatkan nilai NA secara signifikan. Media perendaman air adalah air suling, dan indeks bias Rasionya adalah 1,33; media objektif perendaman minyak adalah minyak cedar atau minyak transparan lainnya, dan indeks biasnya umumnya sekitar 1,52, yang mendekati indeks bias lensa dan kaca slide. Oleh karena itu, nilai NA lensa oli lebih tinggi daripada lensa udara.
Sudut bukaan, juga dikenal sebagai "sudut mulut cermin", adalah sudut yang dibentuk oleh titik objek pada sumbu optik lensa dan diameter efektif lensa depan lensa objektif. Meningkatkan sudut mulut cermin dapat meningkatkan nilai sinus, dan batas atas sebenarnya sekitar 72 derajat (nilai sinus adalah 0.95), dikalikan dengan indeks bias minyak cedar 1,52, dapat diperoleh bahwa nilai maksimum NA adalah sekitar 1,45, dan disubstitusikan ke dalam rumus perhitungan resolusi, diperoleh bahwa batas resolusi bidang XY mikroskop konvensional adalah sekitar 0.2um.
Nilai NA juga secara langsung mempengaruhi kecerahan bidang pandang mikroskop (B). Dari rumus B∝NA2/M2 kita dapat menyimpulkan bahwa kecerahan meningkat dengan peningkatan aperture numerik (NA) atau penurunan perbesaran lensa objektif (M).
Secara teoritis, kita harus mengejar nilai NA setinggi mungkin untuk mendapatkan resolusi bidang XY dan kecerahan bidang pandang yang lebih baik. Namun, semuanya memiliki dua sisi. Peningkatan resolusi bidang XY akan mengurangi kedalaman bidang sumbu Z dan bidang pandang pengamatan.
Mikroskop umumnya melihat pemandangan vertikal ke bawah. Bila posisi cembung dan posisi cekung pada permukaan benda yang diamati dalam diameter bidang pandang dapat dilihat dengan jelas, maka selisih ketinggian antara titik cembung dan titik cekung merupakan kedalaman bidang. Nah, untuk mikroskop, semakin besar depth of field, semakin baik. Semakin besar depth of field, semakin baik dan jelas gambar tiga dimensi yang dapat diperoleh saat mengamati permukaan objek yang tidak rata. Kedalaman bidang yang besar membantu kita mengamati dunia mikroskopis dalam arah vertikal. Artinya, informasi sumbu Z dalam bentuk tiga dimensi XYZ.
Kedalaman bidang adalah kedalaman ruang depan dan belakang yang sesuai dengan gambar jernih pada bidang gambar: dtot=(λ*n)/NA plus n/(M∗NA) * e, dtot: kedalaman bidang , NA: aperture numerik, M: Pembesaran total, λ: panjang gelombang cahaya, (biasanya λ=0.55um), n: indeks bias media antara sampel dan lensa objektif (udara: n{{3 }}, oil: n=1.52) Menurut rumus ini, kita dapat mengetahui bahwa kedalaman bidang Sumbu Z berbanding terbalik dengan nilai NA bidang XY.
Selain depth of field, field of view juga dipengaruhi oleh nilai NA. Rentang spasial yang dapat dilihat saat instrumen menatap tajam ke suatu titik adalah bidang pandang. Perhitungannya berhubungan langsung dengan perbesaran lensa objektif. Diameter bidang pandang sebenarnya yang terlihat oleh pengamatan sama dengan diameter bidang pandang Dibagi dengan perbesaran lensa objektif, lensa okuler akan menunjukkan bidang pandang yang sesuai, seperti 10/18, yaitu, perbesaran 10 kali, dan diameter bidang pandang 18mm. Oleh karena itu, ketika lensa mata ditentukan, semakin besar perbesarannya, semakin kecil bidang pandang yang diamati.
Resolusi bidang XY adalah analisis detail lokal, dan bidang pandang menentukan rentang pengamatan sampel kami. Semakin besar bidang pandang, semakin baik, tetapi dibatasi oleh teknologi saat ini, kita harus menggunakan lensa objektif berdaya tinggi untuk mendapatkan nilai NA yang baik, oleh karena itu, nilai bidang visual dan NA memiliki korelasi negatif tidak langsung.
