Микроскопический масштаб
Микроскопический масштаб (от древнегреческого μικρός ( микрос ) «маленький» и σκοπέω ( скопео ) «смотреть (на); рассматривать, осматривать») — это масштаб объектов и событий, меньших, чем те, которые можно легко увидеть обнаженным человеком . глаза , требующие линзы или микроскопа , чтобы ясно их увидеть. [1] В физике микроскопический масштаб иногда рассматривают как масштаб между макроскопическим и квантовым масштабами . [2] [3] Микроскопические единицы и измерения используются для классификации и описания очень маленьких объектов. Одной из распространенных микроскопических измерения длины единиц является микрометр (также называемый микроном ) (обозначение: мкм), который равен одной миллионной метра .
История [ править ]
Хотя сложные микроскопы были впервые разработаны в 1590-х годах, значение микроскопического масштаба было по-настоящему установлено только в 1600-х годах, когда Марчелло Мальфиги и Антони ван Левенгук наблюдали под микроскопом легкие и микроорганизмы лягушки. С развитием микробиологии возросло значение научных наблюдений на микроскопическом уровне. [4]
Опубликованная в 1665 году книга Роберта Гука « Микрография» подробно описывает его микроскопические наблюдения, в том числе за ископаемыми насекомыми, губками и растениями, что стало возможным благодаря разработке им сложного микроскопа. Во время изучения пробки он открыл растительные клетки и ввёл термин « клетка ». [5]
До использования префикса микро- другие термины были первоначально включены в Международную метрическую систему в 1795 году, например, санти- , который представлял собой коэффициент 10^-2, и милли- , который представлял собой коэффициент 10^-3. . [6]
Со временем важность измерений, проводимых в микроскопическом масштабе, возросла, и в 1844 году владелец часовой компании Антуан ЛеКультр разработал прибор под названием «Миллионометр». Этот инструмент позволял точно измерять объекты с точностью до микрометра. [6]
Комитет Британской ассоциации содействия развитию науки включил микро-префикс в недавно созданную систему CGS в 1873 году. [6]
Префикс микро- был наконец добавлен к официальной системе СИ в 1960 году, признавая измерения, которые были сделаны на еще меньшем уровне, обозначая коэффициент 10^-6. [6]
Биология [ править ]
По соглашению, микроскопический масштаб также включает классы объектов, которые чаще всего слишком малы, чтобы их можно было увидеть, но некоторые из них достаточно велики, чтобы их можно было наблюдать невооруженным глазом. К таким группам относятся Cladocera , планктонные зеленые водоросли , из которых легко наблюдать вольвокс , и простейшие, стентор которых можно легко увидеть без посторонней помощи. Субмикроскопический масштаб также включает в себя объекты, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть в оптический микроскоп . [2]
Термодинамика [ править ]
В термодинамике и статистической механике микроскопический масштаб — это масштаб, в котором мы не измеряем и не наблюдаем непосредственно точное состояние термодинамической системы — такие подробные состояния системы называются микросостояниями. Вместо этого мы измеряем термодинамические переменные в макроскопическом масштабе , т.е. в макросостоянии . [ нужна цитата ]
микроскопического масштаба Уровни
Поскольку микроскопическая шкала охватывает любой объект, который нельзя увидеть невооруженным глазом, но видимый под микроскопом, диапазон объектов, подпадающих под эту шкалу, может быть таким же маленьким, как атом, видимый под просвечивающим электронным микроскопом . [8] Типы микроскопов часто различаются по механизму и применению, и их можно разделить на две общие категории. [9]
Световые микроскопы [ править ]
В световых микроскопах используемый объектив определяет, насколько малый объект можно увидеть. Эти различные линзы объектива могут изменять разрешающую способность микроскопа, которая определяет кратчайшее расстояние, на котором человек может различить два отдельных объекта через линзу микроскопа. Важно отметить, что разрешение между двумя объектами варьируется от человека к человеку. [9] но силу линз объектива можно измерить количественно. [11]
В 1660-х годах Антони ван Левенгук изобрел простой микроскоп, в котором использовалась одна сферическая линза, установленная между двумя тонкими латунными пластинами. В зависимости от качества линзы возможно увеличение от 70x до 250x. Исследуемый образец устанавливался на острие стержня с тонкой резьбой. [12] [13]
Микроскопы со сложным светом имеют объектив с коротким фокусным расстоянием, который создает реальное изображение , которое исследуется с помощью окуляра с более длинным фокусным расстоянием. Соотношение фокусных расстояний объектива и окуляра при установке в тубус стандартной длины дает приблизительное увеличение системы. Благодаря своей конструкции составные микроскопы обладают улучшенной разрешающей способностью и контрастностью по сравнению с простыми микроскопами. [11] и может использоваться для просмотра структуры, формы и подвижности клетки и ее организмов, [14] который может составлять всего 0,1 микрометра. [15]
Электронные микроскопы [ править ]
Хотя электронные микроскопы по-прежнему представляют собой разновидность сложного микроскопа, механизм использования ими электронных лучей для освещения объектов существенно отличается от составных световых микроскопов, что позволяет им иметь гораздо более высокую разрешающую способность и увеличение примерно в 10 000 раз больше, чем у световых микроскопов. [14] Их можно использовать для просмотра таких объектов, как атомы , размер которых составляет всего 0,001 микрометра. [1]
Использует [ править ]
Криминалистика [ править ]
В ходе судебно-медицинских расследований следы с места преступления, такие как кровь, отпечатки пальцев и волокна, могут быть тщательно изучены под микроскопом, вплоть до определения возраста следов. Наряду с другими образцами биологические следы могут использоваться для точной идентификации людей, присутствующих в определенном месте, вплоть до клеток, обнаруженных в их крови. [16]
Геммология [ править ]
Когда определяется денежная стоимость драгоценных камней, различные профессии в геммологии требуют систематического наблюдения за микроскопическими физическими и оптическими свойствами драгоценных камней. [17] Это может включать использование стереомикроскопов для оценки этих качеств, чтобы в конечном итоге определить ценность каждого отдельного драгоценного камня или драгоценного камня. [18] Аналогично это можно сделать и при оценке золота и других металлов. [17]
Инфраструктура [ править ]
При оценке дорожных материалов микроскопический состав инфраструктуры имеет решающее значение для определения долговечности и безопасности дороги, а также различных требований в разных местах. Поскольку химические свойства, такие как водопроницаемость, структурная стабильность и термостойкость, влияют на характеристики различных материалов, используемых в дорожных смесях, они учитываются при строительстве дорог в зависимости от интенсивности движения, погоды, поставок и бюджета в этой области. [19]
Медицина [ править ]
В медицине диагноз можно поставить с помощью микроскопического наблюдения за биоптатами пациента , например, раковыми клетками. Отчеты о патологии и цитологии включают микроскопическое описание, которое состоит из анализов, выполненных с использованием микроскопов, гистохимических окрасок или проточной цитометрии . Эти методы позволяют определить структуру пораженной ткани и тяжесть заболевания, а раннее выявление возможно благодаря выявлению микроскопических признаков заболевания. [21]
Микроскопические масштабы в лаборатории [ править ]
Хотя использование микроскопических масштабов имеет множество ролей и целей в научной области, существует множество биохимических закономерностей, наблюдаемых под микроскопом, которые внесли значительный вклад в понимание того, как человеческая жизнь зависит от микроскопических структур, чтобы функционировать и жить. [ нужна цитата ]
эксперименты Основополагающие
Антони ван Левенгук не только внес вклад в изобретение микроскопа, его также называют «отцом микробиологии». Это связано с его значительным вкладом в первоначальное наблюдение и документирование одноклеточных организмов , таких как бактерии и сперматозоиды, а также микроскопических тканей человека, таких как мышечные волокна и капилляры. [22]
Биохимия [ править ]
Клетки человека [ править ]
, регулирующими энергию, Также было обнаружено, что генетические манипуляции с митохондриями с помощью микроскопических принципов продлевают продолжительность жизни организма, решая возрастные проблемы у людей, такие как болезни Паркинсона , Альцгеймера и рассеянный склероз . За счет увеличения количества энергетических продуктов, вырабатываемых митохондриями, увеличивается продолжительность жизни ее клетки, а значит, и организма. [23]
ДНК [ править ]
Микроскопический анализ пространственного распределения точек ДНК гетерохроматина центромер подчеркивает роль центромерных участков хромосом в ядрах, находящихся в интерфазной клеток части митоза . Такие микроскопические наблюдения позволяют предположить, что неслучайное распределение и точная структура центромер во время митоза являются жизненно важными факторами успешного функционирования и роста клеток, даже в раковых клетках. [24]
Химия и физика [ править ]
Энтропию и беспорядок во Вселенной можно наблюдать в микроскопическом масштабе, со ссылкой на второй и третий законы термодинамики . В некоторых случаях это может включать в себя расчет изменения энтропии внутри контейнера с расширяющимися молекулами газа и связь его с изменением энтропии окружающей среды и Вселенной. [26]
Экология [ править ]
Экологи следят за состоянием экосистемы с течением времени, выявляя микроскопические особенности окружающей среды. Сюда входят температура и толерантность к CO 2 таких микроорганизмов, как инфузории, а также их взаимодействие с другими простейшими. Кроме того, в пробах воды этой экосистемы можно наблюдать микроскопические факторы, такие как движение и подвижность. [27]
Геология [ править ]
Отрасли геологии изучают строение Земли на микроскопическом уровне. Физические характеристики горных пород фиксируются, а в петрографии особое внимание уделяется изучению микроскопических деталей горных пород. Подобно сканирующим электронным микроскопам, электронные микрозонды можно использовать в петрологии для наблюдения за условиями, в которых образуются горные породы, что может указать на происхождение этих образцов. В структурной геологии петрографические микроскопы позволяют изучать микроструктуры горных пород, чтобы определить, как геологические особенности, такие как тектонические плиты, влияют на вероятность землетрясений и движения грунтовых вод. [28]
Текущее исследование [ править ]
Благодаря микроскопическим технологиям произошли как достижения в области микроскопических технологий, так и открытия в других областях знаний. [30]
Болезнь Альцгеймера и Паркинсона [ править ]
В сочетании с флуоресцентной меткой молекулярные детали отдельных амилоидных белков можно изучать с помощью новых методов световой микроскопии и их связи с болезнями Альцгеймера и Паркинсона. [31]
Атомно-силовая микроскопия [ править ]
Другие улучшения в световой микроскопии включают возможность рассматривать субволновые наноразмерные объекты. [32] Наномасштабные изображения с помощью атомно-силовой микроскопии также были улучшены, чтобы обеспечить более точное наблюдение небольших количеств сложных объектов, таких как клеточные мембраны . [33]
энергия Возобновляемая
Последовательные микроскопические закономерности, обнаруженные в химических системах, подтверждают идеи устойчивости некоторых веществ к энтропийной среде. Это исследование используется для информирования о производстве солнечного топлива и совершенствовании возобновляемых источников энергии. [35]
Микроскопический музыкальный инструмент — Микроний [ править ]
также был разработан микроскопический музыкальный инструмент под названием «Микроний» С помощью микромеханики , состоящий из пружин толщиной с человеческий волос, выщипываемых микроскопическими приводами расчески. Это очень минимальное движение, которое производит слышимый шум для человеческого уха, чего ранее не было при предыдущих попытках с помощью микроскопических инструментов. [36]
См. также [ править ]
- Макроскопический масштаб
- Микроорганизм
- Микроскопы Ван Левенгука.
- Микроскопическое открытие Ван Левенгуком микробной жизни (микроорганизмов)
Ссылки [ править ]
- ^ Перейти обратно: а б «Микроскопический масштаб» . Центр научного обучения . Университет Вайкато. Архивировано из оригинала 20 апреля 2016 года . Проверено 31 марта 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б Джагер, Грегг (сентябрь 2014 г.). «Что в (квантовом) мире является макроскопическим?». Американский журнал физики . 82 (9): 896–905. Бибкод : 2014AmJPh..82..896J . дои : 10.1119/1.4878358 .
- ^ Рейф, Ф. (1965). Основы статистики и теплофизики (под ред. иностранных студентов). Бостон: МакГроу-Хилл. п. 2 . ISBN 007-051800-9 .
Мы будем называть систему « микроскопической » (т. е. « маленькомасштабной »), если она имеет примерно атомные размеры или меньше (скажем, порядка 10 Å или меньше).
- ^ Уиллс, Мэтью (27 марта 2018 г.). «Эволюция микроскопа» . JSTOR Daily . Проверено 12 мая 2022 г.
- ^ «Роберт Гук» . ucmp.berkeley.edu . Проверено 23 мая 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Ничего (2008). «Хронология показателей» (PDF) . Проверено 12 мая 2022 г.
- ^ en.wikipedia, DE Hart-Chopperxs at (2003), английский: Песок фораминифер Кей под микроскопом, с острова Варрабер - Торресов пролив. Фото Д.Е. Харта, 2003 г. , получено 27 мая 2022 г.
- ^ «Микроскопы и телескопы» . Центр научного обучения . Проверено 12 мая 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б "Разрешение" . Микроскопия NikonU . Проверено 12 мая 2022 г.
- ^ Райс, Гуннар (31 октября 2005 г.), Электронная микрофотография следов удара на песчинке , получено 27 мая 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б международная медицинская помощь (19 ноября 2020 г.). «Каковы 5 типов микроскопов и их использование» . Международная медицинская помощь . Проверено 12 мая 2022 г.
- ^ «Рисунок 1. Портрет Антона ван Левенгука (1632-1723)» . Аргентинский журнал микробиологии . 42 :311–4. Октябрь 2010 г. doi : 10.1590/S0325-75412010000400013 . Проверено 2 января 2024 г.
- ^ «Микроскоп Левенгука» . Национальный научный фонд . Проверено 2 января 2024 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Виды микроскопов и их применение» . Заметка по микробиологии . 07.07.2020 . Проверено 12 мая 2022 г.
- ^ «4.1D: Размер ячейки» . Свободные тексты по биологии . 05.07.2018 . Проверено 12 мая 2022 г.
- ^ Саадат, Саида; Панди, Гаурав; Тармаварам, Майтри (19 октября 2020 г.), Равтани, Дипак; Хуссейн, Чаудери Мустансар (ред.), «Микроскопия для судебно-медицинских расследований» , « Технологии в судебной медицине» (1-е изд.), Wiley, стр. 101–127, номер документа : 10.1002/9783527827688.ch6 , ISBN 978-3-527-34762-9 , S2CID 224974498 , получено 12 мая 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Введение в геммологию» . Международное общество драгоценных камней . Проверено 23 мая 2022 г.
- ^ «Гемологический микроскоп Австралии» . www.saxon.com.au . Проверено 23 мая 2022 г.
- ^ «Дорожные материалы под микроскопом» . Журнал «Инфраструктура» . 2021-02-22 . Проверено 12 мая 2022 г.
- ^ Коичи, Накамура, Ёсиаки; Хирамацу, Аяко; Кояма, Такафуми; Ояма, Ю; Танака, Аюко; Хонма (16 октября 2014 г.), английский: Метастаз перстнеклеточной карциномы в яичник, также называемый опухолью Крукенберга: общая патология (вверху, поперечное сечение справа) и гистопатология на низком (× 100) и высоком (× 200) уровне. увеличение, окраска H&E. Последний демонстрирует инвазивную пролиферацию перстневидных клеток с десмопластической стромой. , получено 27 мая 2022 г.
{{citation}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «Какая информация включается в отчет о патологии?» . www.cancer.org . Проверено 12 мая 2022 г.
- ^ «BBC - История - Исторические деятели: Антони ван Левенгук (1632–1723)» . www.bbc.co.uk. Проверено 23 мая 2022 г.
- ^ «Микроскопические структуры, которые могут стать ключом к более долгой и здоровой жизни | Исследования и инновации» . ec.europa.eu . Проверено 12 мая 2022 г.
- ^ Флейшер, Франк; Бейл, Майкл; Казда, Мариан; Шмидт, Волкер (01 января 2006 г.), «Анализ структур пространственных точек в данных микроскопических и макроскопических биологических изображений» , Тематические исследования по моделированию процессов в пространственных точках , стр. 235–260, ISBN 978-0-387-28311-1 , получено 12 мая 2022 г.
- ^ Гроб / AWI, Ханнес (1980-04-07), микрофотография Арнагера Калка («Известняк Арнагера») из верхнего мела Борнхольма, Дания, сделанная с помощью СЭМ: крупный план призматических кристаллов и сфероидальных агрегатов неопознанных аутигенных минералов. , получено 27 мая 2022 г.
- ^ ОпенСтакс; Эррера-Сиклоди, Паула (3 августа 2016 г.). «4.7 Энтропия в микроскопическом масштабе» .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Бэмфорт, Стюарт С. (1980). «Пробирка и микроскоп в микробной экологии» . Труды Американского микроскопического общества . 99 (2): 145–151. дои : 10.2307/3225699 . ISSN 0003-0023 . JSTOR 3225699 .
- ^ «Как используются микроскопы в геологии» . Нью-Йоркская микроскопическая компания . Проверено 23 мая 2022 г.
- ^ Нефрон, английский: Микрофотография церебральной амилоидной ангиопатии с очень малым увеличением со старческими бляшками в коре головного мозга, соответствующими бета-амилоиду, что можно наблюдать при болезни Альцгеймера. Иммуноокрашивание бета-амилоида. , получено 27 мая 2022 г.
- ^ «Пять новейших разработок микроскопии» . Обзор целевых показателей лекарств . Проверено 12 мая 2022 г.
- ^ Дин, Тяньбэнь; Ву, Тинтинг; Мазиди, Хесам; Чжан, Оумэн; Лью, Мэтью Д. (20 июня 2020 г.). «Одномолекулярная ориентационная локализационная микроскопия для разрешения структурных неоднородностей между амилоидными фибриллами» . Оптика . 7 (6): 602–607. Бибкод : 2020Оптика...7..602D . дои : 10.1364/optica.388157 . ISSN 2334-2536 . ПМК 7440617 . ПМИД 32832582 .
- ^ Чжу, Цзиньлун; Удупа, Адити; Годдард, Линфорд Л. (2 июня 2020 г.). «Визуализируемое обнаружение наноразмерных объектов с использованием антисимметричного возбуждения и нерезонансного усиления» . Природные коммуникации . 11 (1): 2754. Бибкод : 2020NatCo..11.2754Z . дои : 10.1038/s41467-020-16610-0 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 7265281 . ПМИД 32488014 . S2CID 219175712 .
- ^ Кенкель, Сет; Миттал, Шачи; Бхаргава, Рохит (26 июня 2020 г.). «Атомно-силовая микроскопия с замкнутым контуром и инфракрасная спектроскопия для определения наноразмерных молекулярных характеристик» . Природные коммуникации . 11 (1): 3225. Бибкод : 2020NatCo..11.3225K . дои : 10.1038/s41467-020-17043-5 . ISSN 2041-1723 . ПМК 7320136 . ПМИД 32591515 .
- ^ Нефрон, английский: Микрофотография церебральной амилоидной ангиопатии с очень большим увеличением со старческими бляшками в коре головного мозга, соответствующими бета-амилоиду, что можно наблюдать при болезни Альцгеймера. Иммуноокрашивание бета-амилоида. , получено 27 мая 2022 г.
- ^ Скоулз, Грегори Д.; Флеминг, Грэм Р.; Чен, Линь С.; Аспуру-Гузик, Алан; Бухлейтнер, Андреас; Кокер, Дэвид Ф.; Энгель, Грегори С.; ван Гронделл, Риенк; Исидзаки, Акихито; Джонас, Дэвид М.; Ландин, Джефф С. (март 2017 г.). «Использование когерентности для улучшения функций химических и биофизических систем» . Природа . 543 (7647): 647–656. Бибкод : 2017Natur.543..647S . дои : 10.1038/nature21425 . hdl : 1871.1/a418a63b-9b9e-4b4b-bdb8-620022c52bca . ISSN 0028-0836 . ОСТИ 1464147 . ПМИД 28358065 . S2CID 1584055 .
- ^ «Создание музыки в микроскопическом масштабе» . ScienceDaily . Проверено 12 мая 2022 г.
| Количество |
|
|---|---|
| Смотрите также | |
| Связанный |
|
