Физико-химические методы исследования и техника лабораторных работ. Основы микроскопии

Description

Данное издание представляет собой пособие, посвящённое световым микроскопам для медико-биологических исследований. За последнее время не только произошли изменения в номенклатуре световых микроскопов, но и появились новые направления. В пособии представлена краткая информация о современных световых микроскопах и их конструкции, методы исследования и настройка микроскопов, а также правила ухода за микроскопами. Приведены термины и определения, а также необходимые формулы. Материалы, используемые в данной книге, представляют собой результаты экспериментальных работ, проводимых на современном оборудовании (на базе ООО «КФ „Микроскоп Плюс“»; фирм «Шелди»/Motic, «Карл Цейсс»/Zeiss (Москва), Olympus (Moscow), «Биовитрум»/Nikon, МО «Отдел Медицинской Техники»/Micros). Представлены результаты апробации современных микроскопов разных фирм и мнения специалистов медико-биологического направления, полученные на тренингах по микроскопии. Проведён анализ номенклатуры последних лет ведущих мировых фирм-производителей с использованием каталогов и данных с сайтов собственно фирм; приведены результаты экспериментов виртуальных тренингов фирм Zeiss, Olympus, Nikon. В показе настроек и работы с микроскопом приняли участие слушатели курсов МАПО СПб, НИУ ИТМО, СПбГУ и студенты. Сервисные работы и показательные эксперименты с системами анализа изображения и камерами проведены сотрудниками ООО КФ «Микроскоп Плюс». Пособие предназначено для специалистов-микроскопистов, преподавателей и студентов. Вступление Часть I. Основа микроскопии Глава 1. Свет и цвет 1.1. Свет 1.2. Глаз и цветовосприятие 1.2.1. Дополнительная техническая информация по теме 1.3. Поглощение и рассеяние света 1.4. Цвет. Теория цветности. Светофильтры 1.4.1. Светофильтры: совокупность разных свойств света (визуальная микроскопия) 1.4.2. Цветные светофильтры цифровых камер световых микроскопов (цифровая микроскопия) 1.5. Цветовая температура источников света в микроскопе 1.5.1. Что позволяет нам видеть объекты, не являющиеся источниками света Глава 2. Микросправочник-словарь по теории образования изображения в микроскопе и не только 2.1. Основные термины и определения 2.1.1. Основные положения теории идеальных оптических систем 2.1.2. Кардинальные точки и отрезки линзы (оптической системы) 2.1.3. Основные законы оптики (часть I). Геометрическая оптика 2.1.3.1. Плоскопараллельная пластина и клин 2.1.3.2. Зеркала и зеркальные поверхности. Плоские и сферические зеркала 2.2. Предмет, объект, препарат и изображение 2.2.1. Предмет и его изображение 2.2.2. Изображение предметов, объектов и препаратов через оптическую систему 2.2.3. Объекты и их свойства 2.2.4. Препараты и их изображения 2.3. Основные законы оптики (часть II). Волновая теория оптики. Дифракция и интерференция. Теория образования изображения. Качество изображения 2.3.1. Дифракция 2.3.2. Интерференция 2.3.3. Теория образования изображения. 10 законов Аббе 2.3.4. Аберрации оптических систем микроскопа 2.3.4.1. Аберрация астигматизм 2.3.4.2. Аберрация дисторсия 2.3.4.3. Аберрация кома 2.3.4.4. Аберрация кривизна изображения (поля) 2.3.4.5. Аберрация сферическая 2.3.4.6. Аберрации хроматические 2.4. Апертура, разрешение и глубина резкости 2.4.1. Всё или почти всё о числовой апертуре 2.4.2. Разрешение и числовая апертура 2.4.3. Глубина резкости и числовая апертура Глава 3. Основные формулы и стандарты микроскопии 3.1. Основные формулы и таблицы микроскопии для биологических микроскопов 3.1.1. Увеличение основных оптических узлов и микроскопа в целом 3.1.1.1. Общее увеличение в микроскопе плоского поля 3.1.1.2. Общее увеличение стереоскопических микроскопов 3.1.1.3. Полезное увеличение. Пределы полезного увеличения визуального микроскопа 3.1.1.4. Цифровое увеличение 3.1.2. Разрешение в микроскопе. Наименьшее расстояние между элементами объекта 3.1.2.1. Разрешающая способность и цифровая микроскопия. Требования к размеру пикселя для согласования оптического разрешения, создаваемого микроскопом 3.1.3. Линейное поле на предмете 3.1.3.1. Линейное поле на предмете в микроскопах плоского поля (визуальная микроскопия) 3.1.3.2. Линейное поле на предмете в стереоскопических микроскопах 3.1.3.3. Линейное поле на предмете в световых микроскопах (цифровая микроскопия) 3.1.4. Взаимосвязь основных параметров микроскопа 3.2. Стандарты микроскопии 3.2.1. Стандарты оптики микроскопа 3.2.1.1. Стандартный ряд увеличений микроскопа и объектива. Длина тубуса микроскопа и объектива 3.2.1.2. Высота объектива (парфокальность) 3.2.1.3. Резьбовое соединение «объектив — гнездо крепления объектива в микроскопе» 3.2.1.4. Предметные и покровные стёкла 3.2.1.5. Сухие и иммерсионные объективы Часть II. Классификация микроскопов. Тенденции развития современной микроскопии Глава 4. Классификация современных микроскопов 4.1. Классификация современных микроскопов. Функционально-стоимостной анализ 4.1.1. Классификация современных микроскопов по видам с учётом ГОСТ 28489-90 4.2. Классификация микроскопов по уровням сложности. Функционально-стоимостной анализ: соотношение «цена/качество» 4.3. Фирмы — производители световых микроскопов 4.3.1. Что такое товарный знак и бренд 4.3.2. Группы ведущих производителей, представленные на российском рынке Глава 5. Тенденции развития современной световой микроскопии 5.1. Новые направления в световой микроскопии 5.2. Цифровая микроскопия 5.2.1. Цифровые системы на базе микроскопа 5.3. Виртуальная микроскопия 5.4. Лазерная микроскопия 5.4.1. Лазерные сканирующие микроскопы 5.4.2. Микроскопия сверхвысокого разрешения. Микроскопия вращающегося диска (Spinning Disk Microscopy) 5.4.3. Лазерная микроскопия полного внутреннего отражения (TIRF) 5.4.4. Лазерная микродиссекция Глава 6. Как выбрать необходимый для исследований и работы микроскоп 6.1. Основные правила и мотивация при выборе микроскопического оборудования и при его обслуживании 6.2. Основные требования к микроскопам для практической медицины 6.3. Лаборатории клинической диагностики 6.3.1. Цитология /цитопатология 6.3.2. Гематология 6.3.2.1. Гемосканирование. Исследование «живой крови» с помощью темнопольной микроскопии 6.3.3. Иммунология 6.3.4. Микробиология 6.3.4.1. Микологические лаборатории 6.3.5. Гистология 6.3.6. Патология 6.3.7. Токсикология 6.3.8. Урология (исследования мочеполовой системы) 6.3.9. Ветеринария 6.3.10. Ботаника 6.4. Лаборатории биомедицинских исследований. Технологические процессы 6.4.1. Генетические исследования 6.4.2. Биология развития 6.4.3. Биология моря 6.4.4. Химическая биология 6.4.5. Клеточные культуры 6.4.6. Клеточная культура и обслуживание 6.4.7. Клеточная сигнализация 6.4.8. Регенеративные исследования 6.4.9. Электрофизиология 6.4.10. Нейробиология 6.4.11. Фармакология 6.4.12. Целевая идентификация 6.4.13. Репродуктивная медицина 6.4.13.1. Лазерная система OCTAX Laser ShotТМ (фирма «Vitrolif») для вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ) 6.5. Как выбрать микроскопы для школ и колледжей общего назначения и с медико-биологическим уклоном 6.5.1. Цифровые классы для колледжей и институтов 6.6. Как выбрать биологический микроскоп для домашнего пользования 6.7. Основные подходы и принципы формирования парка оборудования для профессионального пользования Часть III. Технология работы с микроскопом Глава 7. Источники света и осветительные системы микроскопов общего назначения и специализированных микроскопов 7.1. Современные источники света 7.2. Галогеновые и светодиодные источники света для микроскопов общего назначения и специализированных микроскопов (поляризационных и стереоскопических) 7.3. Источники света для люминесцентных исследований 7.3.1. Лампы сверхвысокого давления для люминесцентных исследований 7.3.2. Светодиоды для люминесцентных исследований 7.3.2.1. Серия осветителей мод. X-Cite для люминесцентной микроскопии с металл-галоидными лампами и светодиодами Глава 8. Визуальная насадка (бинокулярная насадка) в световых микроскопах 8.1. Что представляет собой бинокулярная насадка 8.2. Как обеспечить комфортное наблюдение 8.3. Как правильно расположить глаз относительно окуляра 8.4. Резкость изображения и бинокулярная насадка 8.5. Как настроить окуляр с сеткой 8.5.1. Измерения и счёт 8.5.2. Гистостереометрические исследования 8.6. Подготовка микроскопа к работе: настройка визуальной насадки Глава 9. Конструкции современных световых микроскопов общего назначения 9.1. Оптико-механические схемы и основные механические узлы микроскопов проходящего и отражённого света общего назначения с учётом ГОСТ 28489-90 9.2. Конструкции прямых и инвертированных микроскопов проходящего света 9.2.1. Особенности конструкции инвертированных микроскопов проходящего света 9.3. Методы исследования и контрастирования прямых и инвертированных микроскопов общего назначения 9.3.1. Метод светлого поля в проходящем свете 9.3.2. Метод светлого поля, реализуемый с осветителями преднастроенной системы и с системой, настраиваемой по Кёлеру 9.3.3. Настройка и контроль освещения в микроскопах с преднастроенным Кёлером по методу светлого поля 9.3.3.1. Настройка микроскопа с нестандартными осветителями, накладными осветителями и осветительным зеркалом 9.3.4. Настройка и контроль освещения в микроскопе по методу светлого поля, настраиваемого по принципу Кёлера 9.3.4.1. Ошибки настройки осветительной системы по методу светлого поля в прямых микроскопах 9.3.4.2. Настройка освещения по Кёлеру в инвертированных микроскопах. Рекомендации при появлении проблем при эксплуатации инвертированных микроскопов 9.3.5. Несколько советов по работе с микроскопами разных классов сложности и конструкций по методу светлого поля 9.3.6. Иммерсионная микроскопия. Исследования с иммерсионными объективами. Ошибки в процессе работы с иммерсией 9.3.6.1. Технология работы с иммерсионной системой 9.3.6.2. Исследования с использованием иммерсионного конденсора 9.3.6.3. Ошибки при работе с иммерсионными объективами 9.4. Традиционные методы контрастирования 9.4.1. Метод косого освещения в проходящем и падающем свете 9.4.2. Метод тёмного поля в проходящем свете в прямых и стереоскопических микроскопах 9.4.2.1. Проверка и настройка микроскопа в тёмном поле 9.4.3. Метод фазового контраста в проходящем свете 9.4.3.1. Проверки и настройки метода фазового контраста в проходящем свете 9.4.4. Методы рельефного контраста в инвертированных микроскопах проходящего света. Метод варел-контраста (VAREL-contrast) 9.4.4.1. Принцип и настройка метода варел-контраста (VAREL-contrast) Глава 10. Специализированные люминесцентные микроскопы 10.1. Люминесценция: термины и определения 10.1.1. Люминесценция/флуоресценция: основные принципы. Практика применения 10.2. Люминесцентный метод исследования в проходящем и отражённом свете 10.2.1. Люминесцентный метод исследования в проходящем свете 10.2.2. Люминесцентный метод исследования в отражённом свете 10.3. Условия проведения качественного люминесцентного исследования 10.4. Проверки и настройки микроскопа для реализации люминесцентного метода контрастирования 10.4.1. Пример. Правила пользования флуоресцентным осветителем X-CITE 120 Глава 11. Специализированные микроскопы. Поляризационные микроскопы проходящего света. Методы контрастирования и исследования на базе поляризации 11.1. Поляризационный метод исследования в проходящем свете 11.1.1. Схема реализации поляризации в проходящем свете 11.1.2. Конструктивные особенности специализированных поляризационных микроскопов 11.1.3. Настройка биологического микроскопа в поляризованном свете 11.1.4. Проверка и настройка поляризационного микроскопа проходящего света 11.2. Методы рельефного контраста с использованием поляризации света 11.2.1. Дифференциально-интерференционный контраст в проходящем свете. Основные принципы дифференциально-интерференционного контраста 11.2.1.1. Призма Волластона и призма Номарского 11.2.1.2. Принцип работы микроскопа методом ДИК в проходящем свете 11.2.1.3. Принцип работы компенсации DIC Sénarmont в проходящем свете 11.2.2. Рельефные контрасты: метод ПласДИК 11.2.3. Рельефные контрасты: Хоффман-контраст 11.2.4. Комплексный модуляционный контраст (IMC — Integrated Modulation contrast) Глава 12. Специализированные микроскопы. Стереоскопические микроскопы и ZOOM-микроскопы 12.1. Оптические схемы стереоскопических микроскопов. Схема Грену и схема Аббе (Галилея) 12.2. Применение стереоскопических микроскопов и классификация по соотношению «цена/качество» 12.3. Люминесцентные стереоскопические микроскопы 12.4. Новый тип микроскопов для биологии: zoom-микроскопы. Особенности конструкции 12.5. Правила работы со стереоскопическим микроскопом Глава 13. Микрофотография. Цифровая микрофотография. Системы анализа изображения 13.1. Основные элементы аппаратно-программного комплекса и систем анализа изображения 13.1.1. Система ввода изображения. Группы цифровых камер по соотношению «цена/качество» 13.1.2. Адаптеры микроскопа и камеры. Подбор адаптеров 13.1.3. Компьютерные программы для повседневной работы 13.2. Специализированные компьютерные программы 13.2.1. Кариотипирование 13.2.2. Программа для анализа ДНК-комет COMET ASSAY IV 13.2.3. Программы Image-Pro (Media Cybernetics, США) 13.2.4. Модули программы 13.3. Искажения в изображении, создаваемые системами документирования и САИ 13.4. Правила работы и настройки цифровых микроскопов, систем документирования и анализа изображения 13.4.1. Рекомендации по настройке и работе цифровых систем по реализации операции «длинный фокус» 13.4.2. Правила настройки микроскопа и камеры в системе документирования и САИ Часть IV. Эргономика. Подготовка к работе. Уход. Чистка оптики Глава 14. Эргономические требования к конструкции микроскопов 14.1. Основные требования к положению тела оператора, сидящего за микроскопом Глава 15. Требования к организации рабочего места. Перенос и хранение микроскопов 15.1. Основные требования по организации рабочего места лаборанта-микроскописта 15.2. Основные требования к переноске и транспортировке микроскопов Глава 16. Подготовительно-заключительный этап работы с микроскопом 16.1. Основные требования по подготовительно-заключительному этапу работы с микроскопом 16.1.1. Основные требования по подготовке микроскопа к работе 16.1.2. Особенность подготовки к работе стереомикроскопа Глава 17. Уход за микроскопом 17.1. Правила ухода за микроскопом 17.2. Чистка оптики микроскопа 17.3. Уход за цифровыми камерами Приложение 1. Рагузин Р. М. Наукометрическое прогнозирование оптики и оптического приборостроения Приложение 2. Рагузин Р. М. Практическое применения различных методов унификации при разработке оптических приборов. Световые микроскопы Приложение 3. Егорова О. В., Егоров М. Ю. О методах и методиках, о стандартах и стандартизации Приложение 4. Клыкова Е. И. Спермограмма методом компьютерного анализа изображений Приложение 5. Ревитцер А. В., Негуляев Ю. А. О миграции мезенхимных стволовых клеток Приложение 6. Штейн Г. И. , Егорова О. В. Сравнение осветительных систем люминесцентных микроскопов на основе светодиодов (LED) и ртутной лампы (НВО) Приложение 7. Околодков Ю. Б. Метод фазового контраста в изучении морфологии диатомовых водорослей Приложение 8. Клепнев А. С. Расширяя возможности микроскопа как инструмента для фотографа-любителя и не только Приложение 9. Михальцов А. И. О кружках и лабораториях микроскопии для школьников Приложение 10. Иванов П. Ю. Микроскопия нативной крови как метод доказательной медицины Приложение 11. Новик В. И. Уточняющая цитологическая диагностика предрака шейки матки с использованием анализа микроизображений Приложение 12. Назарова Е. К., Егорова О. В., Зенина М. В. Возможности применения система анализа изображения для обнаружения и регистрации хламидийной инфекции при использовании метода иммунофлуоресценции Приложение 13. Штейн Г. И., Кудрявцев Б. Н. Конфокальная микроскопия для микрофлуориметрических исследований в клеточной биологии Приложение 14. Егорова О. В. Как выбрать микроскопы для детей, подростков, студентов и любителей микроскопии. Конструкции, правила настройки и работы с детскими, школьными и студенческими микроскопами для учебных заведений и домашнего пользования Пр.14.1. Микроскопы для детей и подростков Пр.14.1.1. Детские биологические микроскопы с характерными признаками детской модели и упрощенных школьных моделей Пр.14.1.2. Конструкция детского микроскопа Пр.14.1.3. Правила настройки и приёмы работы с детским микроскопом Пр.14.2. Микроскопы для школ и подростков Пр.14.2.1. Переход от детского микроскопа к школьному микроскопу Пр.14.2.2. Школьные микроскопы. Конструкция. Как рассчитать увеличение в микроскопе: объективы и окуляр Пр.14.2.3. Визуальная насадка. Линза Барлоу Пр.14.2.4. Осветительная система. Тренинг работы с микроскопом Пр.14.2.5. Порядок работы со школьным микроскопом Пр.14.2.6. Документирование с помощью школьного микроскопа дома Пр.14.3. Микроскопы для студентов и любителей Пр.14.3.1. Конструкция учебного (студенческого) микроскопа Пр.14.3.2. Числовая апертура объектива и конденсора. Разрешающая способность Пр.14.3.3. Осветительная система учебного микроскопа и приём настройки осветителя с зеркалом Пр.14.3.4. Порядок настройки учебных микроскопов разных типов Пр.14.3.5. Цветные светофильтры Пр.14.3.6. Исследование препарата с помощью методов контрастирования (косое освещение, тёмное поле, фазовый контраст, поляризация) Пр.14.3.7. Маркировка основных узлов управления. Установка глазной базы. Определение местоположения объекта. Измерение толщины Пр.14.4. Стереоскопические микроскопы для школ и любителей Пр.14.4.1. Модельный ряд стереомикроскопов Пр.14.4.2. Процесс настройки стереоскопических микроскопов широкого применения. Уход за микроскопом Пр.14.5. Цифровые микроскопы для подростков и любителей Пр.14.5.1. Ряд цифровых микроскопов и макроскопов широкого применения. Пр.14.5.2. Цифровая камера и изображение Пр.14.5.3. Настройка и эксперименты Пр.14.6. Оценка возможности биологического микроскопа. Эксперименты Приложение 15. Егорова О. В. Конструкция очков. Правила ухода за очками Пр.15.1. Работа в очках за микроскопом Пр.15.2. Как выбирать оправу очков и на что это влияет Пр.15.3. Дефекты и грязь на поверхности очковых линз Пр.15.4. Уход за стёклами очков Пр.15.5. Усталость глаз и её причина Приложение 16. Егорова О. В. Бинокли Пр.16.1. История и оптическая схема Пр.16.2. Как правильно смотреть в бинокль Пр.16.3. Основной закон Пр.16.4. Как выбирать бинокль Приложение 17. Егорова О. В. Лупы Пр.17.1. Сначала теория Пр.17.2. Какими бывают лупы Пр.17.3. Как выбрать лупу Пр.17.4. Как работать с лупой Литература Об авторе