Микроскоп левенгука своими руками
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 04.10.2024
Antony van Leeuwenhoek. Letter of June 12, 1716.
Первым, кто открыл удивительный микромир, был Антони ван Левенгук. Ему удалось создать очень маленькие короткофокусные, двояковыпуклые линзы, которые работали как лупа и давали увеличение в 250 - 300 раз, что было для того времени совершенно невероятно. Между двумя пластинками меди или бронзы, в которых были предварительно сделаны сквозные отверстия, он помещал маленькую линзу. Существовал также механизм регулировки расстояния между линзой и наблюдаемым объектом. Судя по его письмам, свои исследования он проводил без какого-либо плана, помещая под микроскоп всё, что попадалось на глаза, проявляя при этом удивительную изобретательность. Он вынимал хрусталик из глаза птиц, расслаивал на 7 срезов роговую оболочку глаза быка, рассматривал семечки груш и клешни рака, которого ел на обед. Левенгук также глубоко проанализировал отличия эритроцитов крови человека, лягушки и рыб, в то время когда другие исследователи считали их жировыми включениями. Левенгук стал одним из первых, кто начал проводить опыты на себе. Кровь на исследование он брал из своего пальца. Кусочки своей кожи на различных участках тела он помещал под микроскоп,, рассматривая её строение и подсчитывая количество сосудов,, которые её пронизывают. Огромное впечатление оказало на Левенгука наблюдение капли воды, взятой из лужи и слюны человека, который давно не чистил зубы, где он смог увидеть, как выглядят в спиральные бактерии (spirillum). 2. Как сделать простой микроскоп Левенгука Сначала научимся делать маленькие линзы - стеклянные шарики диаметром 1,5 - 3 мм. Возьмите стеклянную трубку длиной не менее 15 - 20 см и диаметром 4 - 6 мм. Прогрейте ее посередине на огне до размягчения стекла, не забывая все время поворачивать вокруг оси. Почувствовав, что трубка стала пластичной посередине, резко разведите два ее конца в стороны. В итоге вы получите две трубки с тонкими длинными кончиками на одном из концов. Прогрейте кончик над пламенем спиртовки или газовой горелки, чтобы силы поверхностного натяжения образовали на его конце стеклянный шарик. Дайте ему остыть, а потом аккуратно отломите. Для этого заверните кончик с шариком в несколько слоев бумаги и надавите на него. Шарик старайтесь в руки не брать, иначе на нем останутся отпечатки пальцев, которые вы прекрасно увидите в микроскоп. Теперь изготовим корпус микроскопа. Для этого нам понадобятся две одинаковые прямоугольные медные пластинки размером 3 Х 6 см. Толщина пластинки 0,5 - 1 мм. Края и углы пластин закруглите. (С успехом можно заменить медные пластины картоном, но такой микроскоп будет менее долговечен). Положив одну пластинку на другую, просверлите в них 5 отверстий: одно - смотровое и 4 - крепежных. Смотровое отверстие должно быть диаметром 1 - 1,5 мм и располагаться на 2 см от верхнего края пластин по центру. Сделайте только на одной пластине, где находится смотровое отверстие, углубление на 1 - 1,5 мм с помощью закругленного керна или стального шарика. Диаметр углубления 3 - 4 мм. Чтобы сделать углубление, положите пластину на ровную деревянную дощечку, поставьте на смотровое отверстие керн и легко ударьте молотком. Стеклянный шарик поместите с помощью пинцета в углубление. Накройте сверху второй пластиной и стяните их вместе с помощью винтов и гаек. (Мы специально сделали разборную конструкцию, чтобы поэкспериментировать с шариками разного диаметра). Головки винтов должны быть со стороны выступа смотрового отверстия, потому что при просмотре микроскоп касается кожи лица. Теперь с помощью клейкой ленты (скоча) прикрепите по контуру к медной пластине напротив смотрового отверстия покрывное стеклышко от школьного микроскопа. (Если у вас его нет, подойдет прозрачная пластмассовая пластинка, вырезанная из пластиковой бутылки. Положите напротив смотрового отверстия объект, который вы хотите рассмотреть в микроскоп, и накройте вторым покрывным стеклышком. Микроскоп нужно поднести к самому глазу и смотреть через него на какой-либо источник света. Это может быть окно в яркий солнечный день или настольная лампа. После этого вам откроется удивительный микромир. Нитка, например, будет выглядеть огромным канатом, из которого торчат оборванные тросы. Ножка обыкновенной мухи скорей напомнит ногу слона, сильно покрытую щетиной. Не менее интересно рассматривать разные жидкости. Если рассматривать сильно разбавленную в воде акварельную краску, можно увидеть знаменитое броуновское движение частичек краски в воде. Молоко предстанет перед вами в виде огромных плавающих островов капелек жира. Вода из соседней лужи скрывает в себе невидимый мир микроорганизмов, которые даже не подозревают о том, что вы за ними пристально наблюдаете. Кровь лягушки при рассмотрении в микроскоп выглядит совершенно ошеломляюще. 3. Как работает микроскоп Левенгука Микроскоп Левенгука работает, как обычная лупа. Ход лучей при рассматривании предмета через лупу показан на рисунке. Предмет АВ помещен на расстоянии, немного меньшем фокусного. Лучи от любой точки предмета после преломления в линзе образуют пучок расходящихся лучей, продолжения которых пересекаются в одной точке, создавая мнимое увеличенное изображение А1В1. Увеличение лупы G равно отношению расстояния наилучшего зрения d0 (25 см) к фокусному расстоянию линзы F: G = d0 / F. Например, лупа с фокусным расстоянием 10 см дает увеличение 2,5х, а с фокусным расстоянием 5 см - 5х. Таким образом, если мы хотим получить 250-кратное увеличение, нам потребуется линза с фокусным расстоянием 1 мм! Оказывается, такими линзами могут служить стеклянные шарики диаметром 2 - 3 мм.
Друзья, многие меня спрашивали, а сколько стоит такой микроскоп? Мне он обошёлся бесплатно! Наверняка, и вам это обойдется очень дешево. У многих в чулане или на даче на чердаке валяется старый советский фотоувеличитель. У меня тоже был. Как то разбирался я на балконе и наткнулся на него. Хотел уже выкинуть, но как то жалко стало. Смотрю на него и думаю: "А он похож на микроскоп! Может, можно как-нибудь сделать его из него?" ( Тем более я периодически занимаюсь реставрацией и давно мечтаю о микроскопе, но цены кусаются). Полез я в интернет и нашел информацию, как сделать микроскоп из фотоувеличителя. Причём, способ довольно простой и бюджетный.
Самое главное, как вы уже поняли, это сам фотоувеличитель. У кого-то он есть, а у кого нет, можно купить. Объявлений о продаже достаточно. Цены довольно демократичные. Продают в среднем по 500-1000 рублей. Но при желании можно найти и бесплатно. На профильных сайтах такие объявления мне попадались.
Еще вам потребуется вэб-камера. Эта вещь тоже присутствует практически в каждом доме. Я уже давно пользуюсь ноутбуком и камера в нем есть. У кого нет вэб-камеры, так же можно приобрести. Стоит она тоже не дорого. Или можно поспрашивать у знакомых, сейчас мало кто ими пользуется и у многих лежат без дела. Вот и все, что нам необходимо.
Собирается вся конструкция довольно просто. В первую очередь нужно собрать фотоувеличитель (у кого он хранится в разобранном состоянии). Затем нужно удалить некоторые детали. Это светильник, который находится сверху и красный фильтр, который стоит под объективом. Смотрите на фото.
Потом удаляем кадрирующую рамку и квадратный блок с круглой линзой. На рисунке это номер 5 и 6. Для этого снимаем голову с конструкции.
Нидерландские физики просканировали микроскопы XVII века методом нейтронной томографии и получили их трехмерные модели. Сканирование помогло разгадать секреты производства стеклянных линз, которые Антони ван Левенгук тщательно скрывал от современников. Он в совершенстве овладел шлифовкой и полировкой стекла, но для изготовления линзы самого мощного микроскопа позаимствовал технологию другого мастера. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Антони ван Левенгука (1632-1723), голландского торговца тканями и ученого-самоучку, считают отцом современной микробиологии и создателем уникальных однолинзовых микроскопов. Для исследования микромира натуралист-любитель занялся изготовлением оптических линз и очень в этом преуспел. Его самодельная увеличительная оптика превзошла известные образцы оптических приборов, созданные голландскими мастерами в первой половине XVII века.
Микроскопы Левенгука представляли собой две склепанные между собой металлические пластины с зажатой между ними линзой. Через крошечные отверстия в пластинах, вплотную приблизив глаз, можно было наблюдать многократно увеличенный объект, закрепленный на игле. Винты на задней стороне конструкции служили для регулировки фокусного расстояния.
Cocquyt et al. / Science Advances, 2021
Исследователи Делфтского технического университета и Лейденского музея науки под руководством Тимена Коквита (Tiemen Cocquyt) сделали нейтронное сканирование микроскопов XVII века и определили способ изготовления линз. С помощью томографа института ядерных исследований (TU Delft Reactor Institute) удалось заглянуть внутрь двух микроскопов Левенгука. Один из них — микроскоп среднего увеличения из музея в Лейдене, второй — более мощный прибор из собрания Утрехтского музея с 266-кратным увеличением. Метод нейтронного сканирования применяется при изучении окаменелостей и других объектов, в толще которых необходимо обнаружить легкие элементы. В данном случае необходимо было получить изображение стеклянной линзы, заключенной в толще металла. Нейтронная томография позволяет построить трехмерное изображение объекта на основе сведений о поглощенных им нейтронах, испускаемых источником.
Cocquyt et al. / Science Advances, 2021
На томограмме менее мощного лейденского микроскопа ученые увидели линзу в форме чечевицы с диаметром обода 2,7 миллиметра и толщиной 1,5 миллиметра. Радиус кривизны, острый ободок без неровностей явно указывают на абразивный способ изготовления линзы при помощи тщательной шлифовки и полировки.
Томограмма линзы утрехтского микроскопа показала, что в нем находится шаровидная линза диаметром 1,3 миллиметра, на которой можно различить маленький обломок стеклянного стержня. Такая форма оптического стекла получается при обработке пламенем кончика тонкой стеклянной палочки. Круглая капля, образующаяся при этом, имеет высокую увеличительную способность.
А - шлифованная линза в форме чечевицы; В - шаровидная линза
Cocquyt et al. / Science Advances, 2021
Секреты изготовления своих линз Левенгук скрывал от конкурентов и, в особенности, от Роберта Гука, который был заинтригован увеличительными свойствами левенгуковских линз. Исследование показало, что шаровидная линза полностью соответствует принципам изготовления, которые описал в 1678 году Роберт Гук. Левенгук наверняка воспользовался этим способом, хотя всячески отрицал заимствование. Левенгук утверждал, что способ Гука не годится для его мощного микроскопа, чьи пластины слишком тонки для гуковой линзы.
Способы изготовления линз
Cocquyt et al. / Science Advances, 2021
Авторы исследования отмечают курьезность обнаружения в самом мощном левенгуковском микроскопе простой шаровидной линзы Гука. Вероятно, в этом заимствовании и кроется причина ореола тайны вокруг способа изготовления линз, созданного Левенгуком. Томограммы микроскопов продемонстрировали, насколько тщательно и точно выполнена подгонка линзы к выемке на металлической пластине и к отверстиям, что вряд ли было бы возможно при серийном производстве.
Антони ван Левенгук сделал вручную более 500 микроскопов и в каждом стремился достичь баланса между увеличением и качеством изображения. Утрехтский микроскоп оставался непревзойденным до 1830-х годов, позволяя различать детали размером до 1 микрометра.
N+ 1 писал о современных микроскопах и их возможностях. Мы рассказывали об изучении работы биомолекул на атомарном уровне при помощи криоэлектроных микроскопов и о применении атомно-силового и сканирующего туннельного микроскопов при исследовании квантовых материалов.
В этом артикле я расскажу, как можно с минимумом затрат (менее $70) сделать цифровой микроскоп для паяльных работ, который будет обеспечивать комфорт и качество работы, недоступные для промышленного решения, даже с ценником на порядок больше.
Начну со списка необходимых компонентов.
ЖК монитор с удобной для вас диагональю – можно и 15 дюймов поставить, а можно и побольше. Для этой цели я купил 17 дюймовый ЖК монитор ($11)– на местной барахолке это было наиболее доступный вариант в шаговой близости от меня.
Модуль камеры с VGA/DVI/HDMI выходом – зависит от типа входа вашего монитора. Я брал самый бюджетный вариант на таобао, два мегапикселя, VGA выход, $30.
Советский объектив с фокусным расстоянием 40-60мм. Подходят практически любые, главное, чтоб стекло не было совсем убитым, и диафрагма работала.
Переходник с CS Mount на M42 (или М39, зависит от модели, купленного объектива)
Макрокольца на М42 или М39, опять, это зависит от модели выбранного объектива.
Что-то массивное, для использования в качестве подставки. Я использовал шасси от старого лабораторного твердомера, которое купил в пункте сдачи металлолома по цене этого самого металлолома по весу.
А теперь, небольшая дополнительная информация по некоторым компонентам.
Модуль камеры: Не стоит гнаться за многомегапиксельным разрешением – у вас монитор с конечным разрешением в 1-2мегапикселя, и если купите модуль на 5мп, то улучшения картинки не получите, зато получите увеличение шумов, так как диагональ матрицы будет та же, но вот размер пикселей будет поменьше, и соответственно, шумов будет больше.
Еще важный момент – какая посадочная резьба у модуля камеры. Большинство имеют стандартную, C/CS Mount резьбу, но могут быть и варианты. В моем конкретном случае, у камеры была посадочная резьба в 27мм, но после моего уточнения, продавец (бесплатно), дополнил посылку переходной шайбой на C mount.
Если же вам нужно большее увеличение, чем дают стандартные 50мм объективы, то стоит посмотреть в сторону 85мм и 135мм объективов – они обеспечат комфортную работу с типоразмерами деталей 0402 и 0201 соответственно. К сожалению, фокусное расстояние в 85мм в советских объективах представлено только светосильными и дорогими Гелиос 40-2, Юпитер-9, МС Волна-9, но можно взять объектив от фотувеличителя — И90У, у него фокусное расстояние 75мм, но нет фокусировочного кольца. Если же вам нужно ещё большее увеличение, то стоит переходить на 135мм – советской (и не советской) оптики с этим фокусным расстоянием довольно много на вторичном рынке, и цены вполне доступные. В принципе, и с обычными, 50-60мм объективами можно добится нужного для пайки 0402 и 0201 увеличения, но для этого придётся ставить не одно, а два-три макрокольца, и сильно упадёт расстояние от камеры до детали – с 60см до 20-15см, что делает работу менее комфортной.
Про переходник ничего особенного сказать не могу. Главное, чтоб он, с одной стороны, подходил под вашу камеру, и с другой стороны – под ваш объектив. Процесс собирания микроскопа я бы начал с покупки объектива, а всё остальное – уже подбирать под стать ему. Я использовал самодельный переходник – купил на барахолке вместе с объективом. Разумеется, лучше купить заводской, если вам важен внешний вид.
Вес и прочность подставки – решающие звена в вопросе по качеству картинки. Хлипкая подставка — картинка будет плыть и дрожать, комфорта в работе не будет. так что, если у вас ничего подходящего купить не получается, вполне возможно воспользоваться несколькими кирпичами или шлакоблоками.
Аналогичные требования и к металлической трубе – она должна быть, с одной стороны, достаточно твёрдой, чтоб не прогибаться под весом камеры, и с другой стороны, она должна быть достаточно лёгкой, чтоб не опрокинуть подставку своим весом. При необходимости, можно снабдить трубу противовесом. Мне это не понадобилось, так как моя подставка весит в районе 20 кг.
На этом в принципе всё. Есть небольшая специфика по освещению. У меня рабочее место освещается сверху, стандартной LED панелью 60х60см, мощностью 40вт, но на светодиодах с Ra>97 и цветовой температурой 5500K. Такое освещение практически не даёт теней, и так как свет падает на плату практически прямо, то и отраженный свет тоже идёт прямо, и любые огрехи в пайке видны сразу. Но у такого подхода есть и минус — например, маркировка деталей, сделанная лазером, видна плохо, так как требует боковой подсветки для контраста. Но при боковой подсветке, могут появляться тени, что осложняет контроль за качеством пайки. В общем, решать вам, но в 99% случаев, верхний, рассеянный свет подходит для всех вариантов использования. Как всё это смотрится в реальной жизни, можете оценить на видео (с 0:49). Я специально снял его так, чтоб был бы вид как бы из головы — как вы будете видеть рабочее место и картинку на мониторе.
Читайте также: