מיקרוסקופ

מִיקְרוֹסְקוֹפְּ הוא מכשיר המשמש להגדלה ויזואלית של עצמים קטנים מכדי להיראות על ידי העין ללא הגדלה. המדע החוקר עצמים שכאלה נקרא מיקרוסקופיה, ובהשאלה המונח "מיקרוסקופי" מתאר עצמים זעירים מאוד.

המיקרוסקופ הנפוץ ביותר, והראשון שהומצא, הוא המיקרוסקופ האופטי. מכשיר אופטי זה מכיל עדשה אחת או יותר, ויוצר תמונה מוגדלת של עצם המונח על משטח מול העדשות. מיקרוסקופ אופטי, המבוסס על קרני האור נראה, מוגבל להגדלה של העצם הנבחן עד פי 1,000 מגודלו המקורי, גבול ההגדלה נקבע על ידי אורך הגל של קרני האור.

קיימים מיקרוסקופים שמשתמשים בסוגי קרינה אחרים להפקת תמונה, בעיקר במקרים בהם העצמים קטנים מיכולת הרזולוציה של האור הנראה, שהיא כ-0.2 מיקרון.

Microscop
מיקרוסקופ
Bundesarchiv Bild 183-P0422-0005, Langenstein, Auszubildende
שימוש במיקרוסקופ
Compound Microscope 1876
מיקרוסקופ משנת 1876
המרכיבים העקריים במיקרוסקופ
Mikroskop
1) עדשות עינית (אוקולר)
2) גלגל סובב האובייקטיב
3) עדשת העצם (עצמית)
4) מנגנון לשליטה על עומק השדה (פוקוס)
5) גלגלת לשליטה עדינה בפוקוס
6) משטח הדוגמית
7) מראה
8) מרכז קרני אור (קונדנסור)

מיקרוסקופ אופטי פשוט

מיקרוסקופ פשוט או בשמו המדעי מיקרוסקופ אור (מירה), בניגוד למיקרוסקופ המורכב הסטנדרטי (ראו בהמשך), הוא מיקרוסקופ העושה שימוש בעדשה אחת או שתיים בלבד לצורך הגדלה. המיקרוסקופים של אנטוני ואן לוונהוק היו מורכבים מעדשה מגדילה קטנה אחת, המונחת על משטח בעל מנגנון המחזיק את התתקין הנבדק כך שלא יזוז. יכולת ההגדלה של מיקרוסקופ האור היא הגדלה של העצם עד פי 400 מגודלו המקורי.

מיקרוסקופ אופטי מורכב

התרשים להלן מציג מיקרוסקופ מורכב. בצורתו הפשוטה ביותר, בה השתמש רוברט הוק, הייתה למיקרוסקופ זה עדשת זכוכית יחידה בעלת עומק שדה קצר עבור העצם, ועדשת זכוכית נוספת עבור העינית (אוקולר).

מיקרוסקופים אלו יהיו בדרך כלל מורכבים יותר, וגם בעדשת העצם ובעינית יש יותר מעדשה אחת. העדשות המורכבות הללו מתוכננות כך שיקטינו את חוסר המיקוד. במיקרוסקופים מודרניים, מוחלפת המראה במנורה, שתפעולה נוח יותר, והיא המאפשרת גם שינוי בעוצמה.

מיקרוסקופים מורכבים נכנסים לשימוש לצורך בחינת דוגמיות קטנות כיוון שיש להם עומק שדה מוגבל. לרוב, הם מסתמכים על אור העובר דרך הדוגמית מלמטה, ובדרך כלל נעשה שימוש בטכניקות מיוחדות כדי להגדיל את ניגודיות התמונה לרמות שימושיות.

כושר ההפרדה האופטית

עדשה מגדילה על ידי כיפוף האור (ראו שבירה). מיקרוסקופים אופטיים מוגבלים ביכולתם להפריד פרטים על ידי תופעה שמכונה שבירה, בהתבסס על הערך המספרי של הנקב (numerical aperture (NA של המערכת האופטית ובהתבסס על אורך גל האור (L) שבו משתמשים, ישנו ערך קבוע (d) לכושר ההפרדה האופטי (רזולוצייה אופטית). בהנחה שעיוותים אופטיים זניחים, ערך הרזולוצייה d נתון על ידי:

0.95, ובשמן עד ל-1.5.

בגלל השבירה, אפילו מיקרוסקופ האור הטוב ביותר מוגבל לרזולוצייה של 0.2 מיקרומטר.

מיקרוסקופ בינוקולרי

המיקרוסקופ הבינוקולרי תוכנן באופן שונה משני השרטוטים שלמעלה, והוא משרת מטרה שונה מעט. במיקרוסקופ זה ישנן שתי עיניות (ומכאן שמו) כדי לספק זוויות ראיה שונות מעט לכל אחת משתי העיניים. בצורה זו הוא יוצר תצוגה תלת־ממדית של העצם הנבדק.

מיקרוסקופ ניגוד מופעים

Phase microscopy
תמונה שהתקבלה במיקרוסקופ ניגוד מופעים

השיטה עליה מבוסס מיקרוסקופ ניגוד מופעים פותחה בידי פריץ זרניקה בשנות ה-30 של המאה ה-20, עליה זכה בשנת 1953 בפרס נובל בפיזיקה.

השוני במקדם השבירה בין תאים חיים לסביבתם המימית הוא לרוב זניח, ועל כן לא ניתן להבחין בתאים חיים במיקרוסקופ אור רגיל על רקע סביבתם המימית. כדי להבחין בתאים יש לצבוע אותם (staining), מה שמביא למותם. שיטה אחרת מנוצלת במיקרוסקופ ניגוד מופעים. במיקרוסקופ זה מנוצלות הזזות מופע קטנות בגל האור העובר דרך התא לעומת סביבתו המימית, ומתורגמות להבדלי משרעת או ניגוד, ובכך להבחין בהם. השיטה שימושית לצפייה בתאים חיים בסביבתם, במקטעי רקמה דקים ואברונים תאיים. יתרונה הגדול של מיקרוסקופיה בשיטה זו הוא ביכולתה לעקוב אחרי תהליכים תאיים בתא החי, ובין היתר, אפשרה את חקר מחזור החיים בתא.

מיקרוסקופ פלואורסצנטי

מיקרוסקופיה פלואורסצנטית היא מיקרוסקופיית אור המאפשרת זיהוי מולקולות ספציפיות באמצעות חותם ספקטרלי ובכך מתגברת על בעיית הרקע הקיימת במיקרוסקופ אור רגיל. הוא עושה זאת על ידי שימוש במנורת הלוגן חזקה ( בדרך כלל מנורת כספית) כמקור אור, מנורה כזו מספקת מגוון רחב מאוד של אורכי גל (כולל UV ), כאשר המולקולה אותה נרצה לראות נצבעת מבעוד מועד בצבע פלואורסצנטי. ניתן לצבוע אברונים מסוימים בתא בצבע פלואורסצנטי. צבע זה משמש כגלאי, העשוי חומר פלואורסצנטי. על מנת להבין את התהליך דרוש הסבר קצר על חומר פלואורסצנטי. חומר פלואורסצנטי הוא חומר שכשמקרינים עליו אור באורך גל מסוים נוצרת קפיצת אלקטרון ברמה, האלקטרון מיד חוזר לרמה הקודמת שלו, והוא עושה זאת תוך כדי פליטה של קרן אור. קרן האור הנפלטת מהאלקטרון תהיה בעלת אנרגיה נמוכה יותר מזו שהקפיצה את האלקטרון - כלומר אורך הגל יהיה ארוך יותר. במיקרוסקופיה פלואורסצנטית מוכנס חומר פלואורסצנטי שכזה אשר נקשר/נכנס רק למולקולת מסוימות (לדוגמה לאברונים בתא) כך שרק אלו יפלטו אור באורך הגל המבוקש, כך ניתן להדגיש אברונים מסוימים מתוך הרקע.

האור נכנס ממנורת הכספית למיקרוסקופ, ופוגע מיד במסנן הראשון מתוך שניים. מסנן זה מאפשר רק לאורך גל מסוים לעבור. האור שעבר אותו ממשיך לנוע עד לפגיעה במראה המסיטה אותו אל עבר קונדנסור הדוחס את האור. הקונדנסור (שמשמש מעין מגבר) מרכז את האור אל עבר הדוגמה (הרקמה לבדיקה). החומר הפלואורסצנטי בדוגמה, מקפיץ את האלקטרונים, משנה את אורך הגל לאורך גל ארוך יותר, כך שלאחר שלב זה האור יוכל לעבור את המראה (בשלב השינוי באורך הגל). האור מגיע כעת למסנן השני, המסנן רק את אורכי הגל שבין 510 לבין 530 ננומטר. הוא עושה זאת כדי לסנן החוצה אור הנפלט בצורה טבעית מהדוגמה (לדוגמה בנטרול של רדיקלים חופשיים תאים מסוימים פולטים אור באופן טבעי).

פרס נובל לכימיה לשנת 2014 הוענק על התגברות על מגבלות הרזולוציה של מיקרוסקופיה אופטית והורדתה לקנה מידה ננומטרי באמצעות מיקרוסקופיה פלואורסצנטית[1][2][3].

מיקרוסקופ קונפוקלי

ImmunoF
צילום חתכים אופטיים במיקרוסקופ קונפוקלי
Confocal microscope
תצלומים ממיקרוסקופ קונפוקלי

הבסיס למיקרוסקופיה קונפוקלית, הוא השימוש במסננים מרחביים (חרירים), המאפשרים לבטל אור שמקורו מחוץ למוקד, המפריע להיווצרות תמונה ברורה במיקרוסקופ אור רגיל. בשנים האחרונות המיקרוסקופ הקונפוקלי נחשב למבוקש, בגלל הקלות היחסית של קבלת דמויות באיכות גבוהה של דוגמאות שהוכנו לצפייה תחת מיקרוסקופ רגיל.

בעוד במיקרוסקופיה רגילה, שהיא מיקרוסקופיית שדה רחב, כל הדוגמה נשטפת באור, והתמונה יכולה להראות ישירות בעין או באמצעות מצלמה, במיקרוסקופ הקונפוקלי, מקור התאורה הוא בקרני לייזר הסורקות את הדמות פיקסל אחר פיקסל. חלקי הדמות נקלטים על ידי גלאי, ומורכבים לדמות המתקבלת על צג מחשב. אמנם, ניתן לראות בשיטה זו דוגמאות שאינן צבועות, אבל עדיף להשתמש בצביעה בגלאים פלואורסצנטיים.

מיקרוסקופיה פלואורסצנטית מציעה מספר יתרונות שהן מעבר למיקרוסקופיה אופטית, ובכלל כך שליטה בעומק השדה, הירידה באיכות הדמות ככל שגדל המרחק מהמוקד, והיכולת לצפות בדוגמה עבה באמצעות צפייה סדרתית בחלקים דקים מתוך דוגמה עבה.

מיקרוסקופ שדה-קרוב

כשאור בא במגע עם עצם, דוגמת העצם בו רוצים להתבונן במיקרוסקופ, נוצרות קרניים של שדה קרוב, וקרניים של שדה רחוק. אור שדה רחוק מתקדם בחלל באופן מפוזר, והוא האור שנקלט במיקרוסקופיה רגילה. במיקרוסקופ שדה-קרוב נעשה שימוש באור שדה קרוב, שנמצא סמוך לעצם במרחק שהוא פחות מאורך גל אחד של אור. האור בשדה-קרוב נושא מידע שתדירותו גבוהה, והמשרעת שלו גבוהה במרחק כמה עשרות ננומטרים מהעצם. כאשר מתרחקים מהעצם כדי מאות ננומטרים, נכנסים לטווח השדה-רחוק, המידע המרחבי שתדירותו גבוהה אובד, ובמקומו מקבלים דפוסי התאבכות. באמצעות שימוש במיקרוסקופיית שדה-קרוב, ניתן ללכוד את המידע הרב שנמצא במרחקים קצרים בלבד מהדמות. לשם כך, משתמשים במחט מצוידת בעדשה זעירה בקצה, העוברת באופן סדרתי על פני העצם, וקולטת את קרני האור המוחזרות ממנו. התמונה המתקבלת נוצרת באמצעות מחשב. בדרך כלל נהוג לסרוק דוגמאות שנצבעו באופן פלואורסצנטי, אבל ניתן לצפות גם בעצמים שאינם צבועים.

מיקרוסקופ שדה אפל

מיקרוסקופ שדה אפל הוא מיקרוסקופ בו אלומת האור פוגעת בדגם בזווית, כך שרוב האור העובר (או המוחזר) ללא פיזורים לא ייכנס אל תוך עדשת האובייקטיב והאור שנאסף אל תוך האובייקטיב הוא רק האור המפוזר מהדגם. בשיטה זאת ניתן להבחין בקלות גם בעצמים קטנים מאוד שעוצמת פיזור האור מהם נמוכה, מכיוון שהם יראו ככתם בהיר על רקע כהה.

מיקרוסקופ אלקטרונים

Electron microscopy
צילום תאים במקרוסקופ אלקטרוני חודר.

מיקרוסקופ אלקטרונים הוא מכשיר לצפייה מיקרוסקופית בעל עוצמה מרובה, גם להגדלות גבוהות מאוד, וגם לכושר הפרדה עצום. המיקרוסקופים מסוג זה בשימוש כיום פועלים באחת משתי שיטות: מיקרוסקופ אלקטרונים סורק, אשר עובר מעל פני השטח ונוגע בהם ומיקרוסקופ הקולט אלקטרונים העוברים דרך הדגם, וזקוק לדגמים דקים ביותר.

תולדות התפתחותו של מיקרוסקופ האלקטרונים (לפי שנים):

  • 1924 - החוקר הצרפתי דה ברווי, מעלה תאוריה חדשה לגבי האלקטרונים, שהם מתנהגים כגל האור. לאחר מכן, הראה החוקר בוש, ששדות מגנטיים יכולים לשמש כעדשות.
  • 1933 - קנול ורוסקה, חוקרים גרמנים, הציעו מיקרוסקופ אלקטרונים פשוט[4].
  • 1939 - מופיע דגם מסחרי של מיקרוסקופ אלקטרונים משוכלל יותר מהקודם (100 אנגסטרם).
  • 1942 - בארצות הברית נבנה מיקרוסקופ האלקטרונים הראשון בעל כושר הפרדה של 25 אנגסטרם.

כיום מצויים מיקרוסקופי אלקטרונים באמצעותם ניתן לצפות במולקולות ואף במולקולות DNA. מיקרוסקופ האלקטרונים תורם הרבה להבנת התא הביולוגי וכן מבנים ומערכות נוספות.

מיקרוסקופ מנהור סורק

Atomic resolution Au100
תמונה של סידור מחדש של משטח זהב, כפי שהתקבלה במיקרוסקופ מנהור סורק

מיקרוסקופ מנהור סורק, או ממ"ס (Scanning Tunneling Microscope, או STM) הוא מיקרוסקופ אשר בעזרתו ניתן לבחון משטחים ברמה האטומית. המיקרוסקופ פותח בשנת 1981 במעבדות של יבמ בציריך על ידי גרד ביניג והיינריך רורר, שקיבלו על המצאתם פרס נובל לפיזיקה לשנת 1986. הרזולוציה של ממ"ס יכולה להגיע ל-0.1 ננומטר במישור האופקי ול-0.01 ננומטר בציר האנכי. בניגוד למיקרוסקופ אלקטרוני השימוש בממ"ס אינו מחייב ריק או טמפרטורות נמוכות. עם זאת, הסריקה דורשת משטח נקי מאוד וטיפ חד ומדויק.

המיקרוסקופ סורק את המשטח הנבחן בעזרת חוד סורק, והסריקה מתבססת על תופעת המנהור, תופעה קוונטית של מעבר אלקטרונים דרך מחסום פוטנציאל - במקרה של המיקרוסקופ, בין קצה החוד למשטח. זרם המנהור יהיה תלוי מחד במרחק החוד מפני השטח ומאידך בצפיפות מצבים קוונטיים פנויים על המשטח. שני הגורמים מאפשרים לבחון בעזרת המיקרוסקופ את פני המשטח, וגם להבחין בסוגים שונים של אטומים הנמצאים על המשטח, או לצפות בשינויים אנרגטיים באטומים מאותו סוג.

בנוסף לתפקידו ככלי תצפית, יכול הממ"ס לשמש להזזת אטומים בודדים. יכולת זו התפרסמה כאשר בשנת 1989 סידרו החוקרים במרכז מחקר של יבמ 35 אטומים של קסנון בצורת האותיות IBM על פני משטח של ניקל, ובכך ייצרו את שלט הפרסום הקטן בעולם (נכון ל-2016), שגובהו 5 ננומטר בלבד.

ראו גם

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

  1. ^ דר. משה נחמני, ‏פרס נובל לכימיה לשנת 2014 למגלי המיקרוסקופ הפלורסנטי: דוחקים את מגבלות מיקרוסקופ האור, באתר "הידען", 8 באוקטובר 2014
  2. ^ איתי נבו, ‏זוכי פרס נובל לכימיה מנצחים את חוקי הפיזיקה, באתר "הידען", 8 באוקטובר 2014
  3. ^ דר. משה נחמני, ‏נובל לכימיה 2014: כיצד הפך המיקרוסקופ האופטי לננו-סקופ, באתר "הידען", 9 באוקטובר 2014
  4. ^ Ernst Ruska, פרס נובל
1931 במדע

ערך מורחב – 1931

1986 במדע

ערך מורחב – 1986

אהרון קלוג

אהרון קלוג (אנגלית: Aaron Klug;‏ 11 באוגוסט 1926 - 20 בנובמבר 2018) היה כימאי וביופיזיקאי יהודי בריטי, חתן פרס נובל לכימיה לשנת 1982 על פיתוח מיקרוסקופ האלקטרונים הקריסטלוגרפי.

אטום

האָטוֹם (ביוונית: ἄτομος), שפירושו "לא ניתן לחיתוך" - "א" (לא ניתן/לא אפשרי) "טומי" (חתך/חיתוך) הוא המערך החלקיקי הקטן ביותר שמטענו החשמלי הכולל הוא אפס, והמאפיין יסוד כימי ומבדיל אותו מיסודות כימיים אחרים. הוא מורכב מחלקיקים קטנים יותר שאינם מיוחדים לו אלא נמצאים במערכים שונים בכל היסודות הכימיים.

המונח "אטום" נטבע במאה ה-5 לפנה"ס על ידי הפילוסוף היווני דמוקריטוס, ששיער את קיומו של חלקיק שאינו בר חלוקה. בתחילת המאה ה-19 השתמש ג'ון דלטון בהשערה זו על מנת להסביר מדוע יסודות מגיבים ביניהם תמיד ביחסים כמותיים קבועים של מספרים שלמים. מאוחר יותר, בשנת 1897 גילה ג'יי ג'יי תומסון את האלקטרון והסיק כי הוא חלקיק המשותף לכל היסודות הכימיים. מכאן התברר כי היסודות ניתנים לחלוקה למרכיבים יסודיים יותר ולכן אינם ראויים לשם "אטום" במובנו המקורי. מכל מקום, השם "אטום" ממשיך לשמש עד היום ככינוי למערך החלקיקי הקטן ביותר של יסוד, מבלי לפקפק באפשרות קיומם של חלקיקי יסוד שבאמת אינם ניתנים לחלוקה, כהשערת דמוקריטוס.

רוב האטומים בטבע נמצאים בתצורה מולקולרית, כלומר במבנים המכילים שניים או יותר אטומים הקשורים זה לזה בקשר כימי.

כל יסוד בטבע מאופיין באטומים שכולם בעלי מספר פרוטונים מסוים המיוחד לאותו יסוד. מספר זה מכונה המספר האטומי. בטבלה המחזורית של דמיטרי מנדלייב רשומים היסודות השונים בסדר עולה לפי המספר האטומי שלהם, והם מסומנים בסימון מקוצר של אותיות לטיניות המיוחד לכל יסוד כימי. לדוגמה: C עבור אטום פחמן, ו-Al עבור אטום אלומיניום.

אטום שנגרעו ממנו או נוספו לו אלקטרונים כך שמטענו החשמלי שונה מאפס, נקרא יון.

איזוטופים הם אטומים בעלי אותו מספר אטומי אך נבדלים במספר הנייטרונים שבגרעיניהם (מספר האלקטרונים והפרוטונים באיזוטופים שונים של אותו אטום זהה).

המדע העוסק בתכונות מערכי האלקטרונים באטום נקרא פיזיקה אטומית. הכימיה עוסקת בקשרים שבין אטומים. פיזיקה גרעינית עוסקת במבנה גרעין האטום ובתגובות גרעיניות, כמו למשל פצצה גרעינית.

גודלו של אטום נע בין 62 פיקו-מטר (מיליונית של מיליונית מטר) עבור אטום הליום ל-500 פיקו-מטר עבור אטום צסיום. אטומים הם קטנים מכדי לראותם בעין, אך קיימים מיקרוסקופים בעלי כושר הבחנה עדין מספיק כדי להבחין בהם, למשל מיקרוסקופ מִנהור סורק, ואחרים המסוגלים לזהות את סוג האטום.

ארנסט רוסקה

ארנסט אוגוסט פרידריך רוסקה (בגרמנית: Ernst August Friedrich Ruska‏; 25 בדצמבר 1906 - 27 במאי 1988) היה פיזיקאי גרמני שזכה בפרס נובל לפיזיקה ביחד עם היינריך רורר וגרד ביניג לשנת 1986. הוא זכה בפרס על עבודתו הבסיסית באופטיקת אלקטרונים, ועל תכנון מיקרוסקופ האלקטרונים הראשון.

ביופסיה

בִּיּוֹפְּסִיָּה (מיוונית: בִּיוֹס βίος = חיים, אוֹפְּסִיס οψις = מבט) או דְּגִימַת רִקְמָה היא בדיקה רפואית של רקמה או תאים, ואף של איבר שלם - המוצאים מהגוף החי.

בדיקת הרקמה נעשית בדרך כלל באמצעות מיקרוסקופ, ולעיתים באמצעות טכנולוגיות כימיות, אימונולוגיות, גנטיות ועוד.

שיטות שונות להוצאת הרקמה:

ביופסית חתך (באנגלית: Incisional biopsy) - חיתוך חלק מרקמה, כגון: ביופסיה של העור, ביופסיה של רקמת מעי הנעשית במהלך בדיקת קולונוסקופיה ועוד.

ביופסית כריתה (באנגלית: Excisional biopsy) - כריתה של איבר או של גוש, כגון: כריתה של גוש חשוד בשד או של קשר לימפה. לעיתים ביופסיה כזו היא תוצאת לוואי של ניתוח, בכל ניתוח בו נכרת איבר או חלק ממנו עקב מחלה - נשלח החלק הכרות לבדיקה היסטופתולוגית.

ביופסית שאיבת מחט (באנגלית: NAB = Needle aspiration biopsy או FNA = Fine needle aspiration) - שאיבת חלקי רקמה או תאים באמצעות החדרת מחט, כגון: ניקור כליה, בדיקת מח עצם, ועוד.

סוג נוסף של ביופסיה מכונה "ביופסיה נוזלית", או "ביופסיה לא פולשנית". ביופסיה זו נעשית על ידי ריצוף דנ"א בדגימת דם של המטופל.

גיד

גיד הוא אגד קשיח של רקמת חיבור סיבית המחבר בדרך כלל שריר ועצם. הרכב הגידים דומה להרכב רצועות – רקמת חיבור צפופה וסדירה של סיבי קולגן בעיקר, המסודרים במקביל לאורך הגיד. הרכב הגידים מאפשר עמידה במאמצי המתיחה המופעלים עליהם בעת תיווך בין כוחם של שרירים מתכווצים לבין עצמות. ברקמת הגיד יש מעט כלי דם, ולכן יכולת ההתחדשות שלה מועטה. משום כך, גיד שנקרע אינו נרפא מעצמו, אלא על ידי תפירה רפואית.

סיבי הקולגן בגיד עשויים בעיקר מקולגן מסוג I. סיבים אלה מאורגנים בקרבה רבה באגדים ראשוניים (fascicle) העטופים רקמת חיבור רפה. בכל אגד ראשוני נמצאים גם פיברוציטים הערוכים בשורות מסודרות ולהם מעט ציטופלזמה. האגדים הראשוניים בתורם יוצרים יחד אגדים שניוניים, שגם עטופים ברקמת חיבור רפה. הגיד כולו עטוף ברקמת חיבור צפופה יותר.

גידים נראים בצבע לבן בשל הכמות הגדולה של סיבי הקולגן בהם. להכנתם לצפייה תחת מיקרוסקופ, גידים נצבעים בצביעת המטוקסילין-אאוזין בצורה אצידופילית (ורודה).

גרד ביניג

גרד ביניג (בגרמנית: Gerd Karl Binnig; נולד ב-20 ביולי 1947) הוא פיזיקאי גרמני שזכה בפרס נובל לפיזיקה לשנת 1986 על חלקו בפיתוח מיקרוסקופ מנהור סורק.

דם

דַם הוא נוזל המכיל פלזמה (55%) (החלק הנוזלי השקוף) ותאים (45%) גופיפים שונים, תאי דם, הורמונים ועוד. במקומות רבים יש התייחסות לדם כאל רקמה, כגון: "רקמת הדם" היות שהדם, כמו כל רקמה, בנוי מתאים בעלי תפקוד זהה. ההבדל העיקרי בין רקמת הדם לרקמות אחרות היא העובדה שתאים אלו אינם מחוברים האחד לשני אלא רק סמוכים לתאים אחרים מאותו סוג במהלך שיוטם בכלי הדם. הדם הוא אחד החומרים החשובים ביותר בגוף.

התחום ברפואה העוסק במערכת תאי הדם, באיברים ורקמות המייצרים אותם וכן במנגנון קרישת הדם נקרא המטולוגיה.

הולוגרפיה

הוֹלוֹגְרַפִיַה (מיוונית Όλος - הולו=שלם + γραφή - גרפיה=כתב) היא טכניקה ליצירת צילום תלת ממדי. הטכניקה משמשת גם לאחסון מידע בצורה אופטית. בניגוד לסטריאוסקופיה ולקולנוע תלת-ממד , שבהם מוצגת לכל עין תמונה שונה מעט, כך שהמוח מפרש את ההבדל בין התמונות כשינויי עומק, הוֹלוֹגְרַמַה משמרת מידע משרעת ומופע של האור המגיע מהעצם המצולם, כאילו הוא נמצא באמת בתוך התמונה.

ההולוגרפיה הומצאה במקרה בשנת 1947 על ידי הפיזיקאי ההונגרי דניס גאבור, בעת שעסק בניסיון לשפר את מיקרוסקופ האלקטרונים. גאבור זכה בפרס נובל לפיזיקה על המצאתו זו. בשל הצורך באור מונוכרומטי ליצירת הולוגרמות טובות, לא התקדמה ההולוגרפיה רבות מגילויה המקורי ועד להמצאת הלייזר בשנת 1960. הולוגרמה צבעונית ראשונה בעולם נוצרה על ידי אשר פריזם.

ההולוגרמה הראשונה שהומצאה היא הולוגרמת העברה, המיוצרת כמתואר באיור 1, או בצורה דומה באמצעות מראה רגילה. החיסרון הגדול בהולוגרמה מסוג זה הוא שכדי לצפות בה, יש צורך בלייזר בעל אותו אורך גל של זה ששימש ליצירתה (שימוש באורך גל אחר יגרום לעיוות לפי יחס אורכי הגל). כעבור זמן שוכללה הולוגרמת ההעברה וניתן היה לייצרה באמצעות אור רגיל. הולוגרמות מסוג זה נפוצות כיום על כרטיסי אשראי, כרטיסים למשחקי ספורט וכדומה, פעמים רבות כאמצעי להקשות על זיוף כספים או זיוף מסמכים.

הולוגרמה משוכללת יותר היא הולוגרמת החזרה, שבה ניתן לצפות ללא קרן שחזור (על ידי אור רגיל) וכך ניתן לצפות בה כבתמונה רגילה. הולוגרמות מסוג זה נפוצות, למשל, בקלפי משחק לילדים.

היסוד העומד בבסיס יצירת ההולוגרמה הוא שמירת הן האמפליטודה והן המופע (פאזה) של התמונה על סרט הצילום, בניגוד לתמונה רגילה, שבה נשמרת רק עוצמת האור (העומדת ביחס ישר לריבוע האמפליטודה).

היווצרות ההולוגרמה מתאפשרת באמצעות ניצול תכונת ההתאבכות של גלי האור. מכיוון שמה שנרשם על סרט הצילום הוא תבנית ההתאבכות, כיסוי חלק מתמונה הולוגרפית יקטין את העוצמה שבה היא נראית, אך עדיין ניתן יהיה לראות את כל התמונה. זאת בניגוד לתמונה רגילה, שבה מה שנראה על סרט הצילום אינו תבנית התאבכות אלא עוצמת האור ממש, לכן בתמונה רגילה כיסוי מחצית התמונה גורם לאיבוד מידע של חצי מהתמונה. מכאן שמה היווני של השיטה, "רישום מלא", מכיוון שכל נקודה מכילה מידע על כל התמונה.

היינריך רורר

היינריך רורר (בגרמנית: Heinrich Rohrer;‏ 6 ביוני 1933 - 16 במאי 2013) היה פיזיקאי שווייצרי שזכה בפרס נובל לפיזיקה לשנת 1986 יחד עם גרד ביניג וארנסט רוסקה, בעבור חלקו בפיתוח מיקרוסקופ מנהור סורק.

חומר מרוכב

חומר מרוכב הוא מבנה הנדסי העשוי ממספר חומרים שונים בעלי תפקידים ייעודיים במבנים כדי ליצור חומר יותר טוב. לחומרים המרכיבים את החומר המרוכב תכונות פיזיקליות ואו כימיות שונות באופן משמעותי, כדי לייצר חומר עם התכונות המבוקשות. החומרים השונים נשארים מופרדים גם לאחר יצירת החומר המרוכב וניתן להבחין בהם גם ללא מיקרוסקופ במוצר המוגמר.

קיימים ארבעה סוגים של חומרים מרוכבים:

חומר סיבי המחוזק במטריצת מילוי.

חומר מבנה כריך - מעטפת קשיחה ומילוי רך.

חומר תאי.

חומר רב פאזי - החדרת זיהומים לתוך חומר אחר.היתרון המרכזי של החומרים המרוכבים הוא יחס קשיחות למשקל גבוה ועמידות טובה בטמפרטורה גבוהה. החומר המרוכב הוא היחיד שבו ניתנת אפשרות לתכנן, לקבוע את תכונות החומר.

השימוש הנפוץ ביותר בחומרים מרוכבים הוא כפולימר אשר בתוכו ספוגים סיבים.

דוגמה לחומר מרוכב היא בטון.

בעיה נפוצה בחומרים מרוכבים היא שבגלל הפיזור של הסיבים בתור החומר לכל הכיוונים, ביצירת פגם מקומי יכולה להיות השפעה על תכונות החומר כולו. בהכנסת קדח לחומר, נוצרת משיכה של הסיבים וקטיעתם באזור הקדח, דבר שיכול ליצור נזק סביבתי רחב היקף. לדוגמה, מקדח בקוטר 1 מ"מ עלול להתקבל נזק לטווח של חצי מטר.

בחומר מרוכב רואים התקדמות סדקים לא ישרה (כמו במתכות) אלא אם כן זו קורוזיית מאמצים. נוצר נזק נפחי, בו הסדק מתפתח ונע לכל השכבות לכל הכיוונים. כיווני ההתקדמות תלויים בחוזק השכבות.

החומר המרוכב יכול להיכשל גם במימד המיקרוסקופי וגם המאקרוסקופי. כשל דחיסה וכשל מתיחה יכולים להיווצר ברמה המאקרוסקופית כמו בחומרים הומוגניים, וברמה המיקרוסקופית עקב כשל של הסיבים המרכיבים את החומר.

מולקולה

מוֹלֵקוּלָה (מלטינית: Molecula - מסה קטנה; בעברית גם פְּרֻדָּה) היא מונח בכימיה המתאר מבנה (חומר) הבנוי משני אטומים או יותר, המחוברים ביניהם בקשר כימי.

בדרך כלל למולקולה אין מטען חשמלי (סך המטענים החיוביים והשליליים מתאזן); במקרה של מולקולה טעונה, היא מכונה יון (או יון מולקולרי, כדי להבחין בינו לבין יון חד-אטומי). מולקולה עשויה להיות מורכבת ממספר אטומים זהים או שונים. למשל מולקולת חמצן (O2) המורכבת משני אטומים זהים, מולקולת סוכר המורכבת מעשרות אטומים שונים, או מולקולת DNA הבנויה ממיליוני אטומים. מולקולה המורכבת מאטומים שונים היא יחידת בסיס (החלק הלא פריק הקטן ביותר) של תרכובת מולקולרית ומבנה המולקולה, הרכבה וכוחות המשיכה בין אטומיה ובין המולקולות קובעים את תכונות התרכובת.

את המולקולה ניתן לתאר על ידי נוסחה מולקולרית, המפרטת את מספר האטומים מכל סוג במולקולה. כך למשל, הנוסחה המולקולרית של מים היא H2O. ניתן לכתוב נוסחה מולקולרית באופן מצומצם, בו מציינים רק את מספר האטומים הכולל, ללא קשר למבנה, או באופן מפורט, בה מציינים אטומים לפי מיקומם במולקולה. כך לדוגמה, ניתן לתאר באופן מפורט את החומר אתנול בצורה CH3CH2OH, ודימתיל אתר CH3OCH3. בנוסח מצומצם, מתוארים שניהם על ידי הנוסחה C2H6O.

התחום שעוסק בהבנת המבנה המרחבי של מולקולות קרוי סטריאוכימיה, ומולקולות שלא ניתן ליצור חפיפה בינן ובין תמונת המראה שלהן, על ידי פעולת סיבוב במרחב, קרויות מולקולות כיראליות.

המונח "מולקולה" נטבע על ידי הכימאי אמדאו אבוגדרו.

מיקרואורגניזם

מיקרואורגניזמים (Microorganisms) או מיקרובים (Microbes) (או יצורונים) הם כלל היצורים שניתן לראותם רק באמצעות מיקרוסקופ. הענף בביולוגיה החוקר את המיקרואורגניזמים הוא המיקרוביולוגיה.

בין המיקרואורגניזמים כלולים יצורים בעלי תכונות שונות, אשר המשותף לכולם הוא גודלם הזעיר. ביניהם: חיידקים, פטריות קטנות כמו שמרים, אצות זעירות ויצורים חד-תאיים כגון האמבה והסנדלית. מרבית המיקרואורגניזמים הם יצורים חד-תאיים המתקיימים כבודדים או בצברים, יש גם מיקרואורגניזמים החיים במעין מרבדים בבתי גידול מימיים.

ישנם גם בעלי חיים רב תאיים שהם מיקרואורגניזמים כגון דובוני מים ורוב הנמטודות.

אצל רבים רווחת הדעה כי חיידקים, נגיפים ומיקרואורגניזמים אחרים הם מזיקים הגורמים מחלות לבעלי חיים (כולל האדם) ולצמחים. הדימוי של מיקרואורגניזמים בכלל ושל חיידקים בפרט כמזיקים נכון חלקית בלבד, למעשה רק כ-1% מאלפי המינים הידועים של מיקרואורגניזמים גורמים למחלות[דרוש מקור][דרושה הבהרה]. ללא מיקרואורגניזמים לא היו יכולים להתקיים חיים על פני כדור הארץ, שכן בלעדיהם לא היו מתרחשים תהליכים חיוניים רבים בטבע, כגון עיכול תאית על ידי מעלי גירה; פירוק גופם של יצורים מתים לא היה מתאפשר והם היו מצטברים על פני כדור הארץ, וכך היה נמנע מיחזור החומרים בטבע. חומרים חיוניים לא היו זמינים ובעקבות זאת חברות ואוכלוסיות רבות של יצורים לא היו מתקיימות. כך גם חלק תהליך הפוטוסינתזה (מבחינת כמות החומר) שהופך מים ופד"ח לחמצן וסוכר מתבצע על ידי אצות חד תאיות.

בנוסף לתהליכים הטבעיים המתקיימים הודות למיקרואורגניזמים, גם רבים מהתהליכים התעשייתיים לא היו מתקיימים בלעדיהם, למשל: הכנת לחם, מוצרי חלב, יין, בירה ותרופות אנטיביוטיות.

על פי עדויות מתקופות קדומות, מיקרואורגניזמים הם בין היצורים הקדומים ביותר על פני כדור הארץ, ותפוצתם רחבה מאוד, הרבה יותר מאשר תפוצתם של יצורים אחרים. ניתן למצוא מיקרואורגניזמים, בעיקר חיידקים, כמעט בכל מקום. מיקרואורגניזמים מצויים בקרקע, במים, מפוזרים באוויר על גבי גרגרי אבק וחלקיקים אחרים. הם נפוצים על פני כדור הארץ באזורים שעד לפני שנים מעטות לא שיערו שיכולים להתקיים בהם חיים. למשל: ניתן למצוא חיידקים במעמקי הים החשוכים, במעיינות של מים רותחים, בימות מלוחות כמו ים המלח, בקרחונים ועוד. מיקרואורגניזמים מצויים על פני המזון שלנו, על פני גופנו ובתוכו.

מיקרוסקופ (קבוצת כוכבים)

מיקרוסקופ הוא קבוצת כוכבים דרומית קטנה, שצוינה לראשונה על ידי ניקולא לואי דה לאקאי, אסטרונום צרפתי בן המאה ה-18. כוכבי הקבוצה עמומים מאוד - הבהיר שבהם הוא מדרגת בהירות 4.7.

מכיוון שהקבוצה הוגדרה מאוחר יחסית, ולא הייתה מוכרת לתרבויות הקלאסיות בחצי הכדור הצפוני, אין אודותיה אגדות או סיפורים מיתולוגיים.

מיקרוסקופ אלקטרונים

מיקרוסקופ אלקטרונים או מיקרוסקופ אלקטרוני (באנגלית: Electron Microscope) הוא מיקרוסקופ המסוגל להגדיל עצמים קטנים במיוחד בכושר הפרדה גבוה על ידי שימוש באלקטרונים, כתחליף למקור אור במיקרוסקופים רגילים. מיקרוסקופ אלקטרונים מסוגל להגדיל את העצם הנבחן עד לפי 10,000,000 מגודלו המקורי.

ננוטכנולוגיה

ננוטכנולוגיה, או בקיצור ננוטק, הוא שם כולל לתחום המחקר והטכנולוגיות העוסקים במערכות שגודלן האופייני הוא בין ננומטרים בודדים לעשרות ננומטרים. מחקרים וטכנולוגיות אלו משתייכים למגוון שטחי המדעים וההנדסה החל ממחקרים בפיזיקה והנדסת חשמל כגון התקנים מוליכים למחצה, דרך מחקרים ופיתוחים הקשורים לביולוגיה מולקולרית ולרפואה כגון ריצוף מהיר של DNA או שיטות מחקר וניטור חדשות של תהליכים ביולוגים ועד מחקרים הקשורים לכימיה כגון הנדסה של חומרים חדשים בעלי תכונות רצויות כגון חוזק.

פלאוכרואיזם

פלאוכרואיזם – היא תופעה אופטית שבה נראה כאילו צבעם של גרגירים בסלע משתנה כאשר צופים בהם מזוויות שונות תחת מיקרוסקופ פטרוגרפי. מקור השם מיוונית: πλέων – פלאון (עוד) ו-χρῶμα – כרומה (צבע), כלומר "עוד צבע".

פלאוכרואיזם נגרם בשל שבירה כפולה של האור באבן חן או גביש צבעוניים. אור בקיטובים שונים נשבר בזוויות שונות בגביש, ולכן עובר במסלולים שונים בו. מרכיבי קרן האור המפוצלת עוברים בנתיבים שונים באבן ובמהירויות שונות, וכל נתיב בולע את האור במידה שונה. כשהאבן נצפית בזווית מסוימת, ייראה אור שעבר כתוצאה מצירוף מסוים של נתיבים וקיטובים, שבכל אחד מהם נבלעו צבעים אחרים. בזווית אחרת, האור העובר דרך האבן יהיה מורכב מצירוף אחר של נתיבים וקיטובים, כל אחד והצבע המיוחד לו. משום כך כאשר צופים באבן מזוויות שונות יהיה לאור העובר דרך האבן צבעים שונים, ולכן נראה כאילו לאבן יש גוונים שונים.

בכמה מסוגי אבני החן קיימת תופעה של שני גוונים והם מכונים דיכרואיסטיים. אחרים מראים שלושה גוונים והם טריכרואיסטיים. נוהגים לחתוך אבני חן ולשבץ אותן כך שיציגו או יסתירו את תופעת הפלאוכרואיזם, תלוי בצבעים ובמידת המשיכה שלהם.

פלאוכרואיזם הוא כלי שימושי מאוד במינרלוגיה למטרת זיהוי מינרלים, מכיוון שלעיתים קרובות יש למינרלים, הדומים מאוד זה לזה מכל בחינה אחרים, מערך צבעים פלאוכרואיסטי שונה מאוד. במקרים אלו, מבצעים בדיקה של פרוסת סלע בעובי של כ־0.03 מ"מ הקרויה שקף. השקף מתקבל מניסור הסלע, ליטושו והדבקת הפרוסה על גבי זכוכית. השקף נבדק תחת מיקרוסקופ מיוחד הקרוי מיקרוסקופ פטרוגרפי שבו האור מקוטב.

פריץ זרניקה

פריץ זרניקה (בהולנדית: Frederik "Frits" Zernike;‏ 16 ביולי 1888 - 10 במרץ 1966) היה פיזיקאי הולנדי, חתן פרס נובל לפיזיקה לשנת 1953 על המצאת מיקרוסקופ קונטרסט-פאזה.

דף זה בשפות אחרות

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.