Fluoresensi berbiaya rendah dan desain mikroskop lapangan terang
Mikroskop fluoresensi adalah metode yang digunakan untuk memvisualisasikan
Dalam panduan ini, saya akan mengulas dasar-dasar mikroskop fluoresensi dan cara membuat tiga mikroskop fluoresensi berbiaya rendah yang berbeda. Sistem ini biasanya berharga ribuan dolar, namun ada beberapa upaya baru-baru ini untuk membuatnya lebih mudah diakses. Desain yang saya hadirkan disini menggunakan smartphone, dSLR, dan mikroskop USB. Semua desain ini juga dapat digunakan sebagai mikroskop medan terang.
Langkah 1: Tinjauan mikroskop fluoresensi
Untuk memahami konsep dasar mikroskop fluoresensi, bayangkan sebuah hutan lebat di malam hari, dengan pepohonan, hewan, semak, dan hutan hidup lainnya. Jika Anda menyorotkan obor ke dalam hutan, Anda akan melihat semua struktur ini dan kesulitan memvisualisasikan hewan atau tumbuhan tertentu. Misalkan Anda hanya tertarik melihat semak blueberry di hutan. Untuk melakukan ini, Anda melatih kunang-kunang agar tertarik hanya pada semak blueberry, sehingga saat Anda melihat ke hutan, hanya semak blueberry yang menyala. Bisa dibilang Anda menggunakan kunang-kunang untuk menandai semak blueberry sehingga Anda bisa melihat struktur blueberry di hutan.
Dalam analogi ini, hutan mewakili keseluruhan sampel, semak blueberry mewakili struktur yang ingin Anda visualisasikan (misalnya sel tertentu atau organel subseluler), dan kunang-kunang adalah senyawa berpendar. Menyalakan obor saja tanpa kunang-kunang mirip dengan mikroskop lapangan terang.
Langkah selanjutnya adalah memahami fungsi dasar senyawa fluoresen (disebut juga fluorofor). Fluorofor sebenarnya adalah benda kecil (skala nano) yang dirancang untuk menghubungkan struktur tertentu dalam suatu sampel. Mereka menyerap rentang panjang gelombang cahaya yang sempit dan memancarkan kembali panjang gelombang cahaya lainnya. Misalnya, fluorofor dapat menyerap cahaya biru (yaitu fluorofor tereksitasi oleh cahaya biru) dan kemudian memancarkan kembali cahaya hijau. Hal ini biasanya diringkas dengan spektrum eksitasi dan emisi (di atas). Diagram ini menunjukkan panjang gelombang cahaya yang diserap oleh fluorofor dan panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh fluorofor.
Desain mikroskop sangat mirip dengan mikroskop medan terang biasa, dengan dua perbedaan utama. Pertama, cahaya yang menerangi sampel harus berada pada panjang gelombang yang merangsang fluorofor (untuk contoh di atas, cahayanya berwarna biru). Kedua, mikroskop hanya perlu mengumpulkan cahaya yang dipancarkan (lampu hijau) sambil menghalangi cahaya biru. Hal ini karena cahaya biru ada dimana-mana, namun cahaya hijau hanya berasal dari struktur tertentu dalam sampel. Untuk memblokir cahaya biru, mikroskop biasanya memiliki sesuatu yang disebut filter long-pass yang memungkinkan cahaya hijau melewatinya tanpa cahaya biru. Setiap filter lolos panjang mempunyai panjang gelombang yang terpotong. Jika cahaya memiliki panjang gelombang yang lebih panjang dari panjang gelombang yang dipotong, maka cahaya tersebut dapat melewati filter. Oleh karena itu namanya, "lintasan panjang". Panjang gelombang yang lebih pendek diblokir.
Langkah 2: Memodelkan mikroskop dengan optik optik
Ini merupakan langkah tambahan pada prinsip dasar desain mikroskop. Tidak perlu membuat mikroskop fluoresensi, jadi Anda dapat melewatkannya jika tidak ingin mempelajari optik.
Mikroskop medan terang dan fluoresensi dapat dimodelkan menggunakan optik sinar. Premis dasar optik sinar adalah bahwa cahaya berperilaku serupa dengan cahaya yang merambat jauh dari sumber cahaya. Saat Anda melihat sekeliling ruangan, Anda melihat cahaya dari sinar matahari di luar jendela atau dari bola lampu. Cahaya tersebut kemudian diserap atau dipantulkan oleh benda-benda di dalam ruangan. Beberapa cahaya yang dipantulkan menyebabkannya diarahkan ke mata Anda. Jika suatu benda disinari, dapat dibayangkan setiap titik pada benda tersebut memancarkan cahaya ke segala arah (atas). Lensa, seperti halnya lensa pada mata kita, memfokuskan cahaya pada suatu titik sehingga kita dapat melihat suatu benda. Tanpa lensa, cahaya terus merambat ke luar dan tidak membentuk bayangan.
Jadi bagaimana kita membuat sistem optik yang dapat memperbesar benda kecil? Untuk memahami desainnya, Anda hanya perlu mengetahui dua persamaan: persamaan pencitraan lensa tipis dan persamaan pembesaran:
1/f=1/si + 1/jadi
M=-ya
f adalah panjang fokus lensa. Panjang fokus yang lebih pendek berarti lensa memiliki kekuatan pemfokusan yang lebih besar.
Hal yang sama juga berlaku untuk jarak benda; jarak antara lensa dan benda (misalnya pohon).
si adalah jarak bayangan; jarak antara lensa dan tempat terbentuknya bayangan
M adalah pembesaran; seberapa besar bayangan relatif terhadap bendanya. Untuk mikroskop, kami ingin meningkatkan pembesaran.
Untuk tutorial lengkap mengenai persamaan lensa tipis, lihat video Khan Academia ini. Pada GIF di atas, Anda dapat melihat bahwa jarak pergerakan benda lebih dekat ke lensa akan meningkatkan jarak gambar, sehingga memperbesar pembesaran. Garis vertikal dengan dua panah menunjukkan lensa.
