Фазово-контрастен микроскоп

От 18.1.1945г.

През 1930 година физикът Фриц Зернике изучава детайлно явлението дифракция, което е важна част от оптиката. По това време в личната му лаборатория се появява огромна вдлъбнатина. Поради нейните размери се наложило Зернике да премести малък телескоп, за да може да визуализира  определени светлинни модели, създадени от дифракционна решетка.

По правило се получил раиран модел, в който на директна светлина се различавала главна линия и по-слабо забележими "лъжливи" линии от дифрактирала светлина, забелязваща се на ляво и на дясно. Причина за това са леките несъвършенства в самата решетка. Когато Зернике фокусирал телескопа си към самата решетка се случило нещо неочаквано – раираните модели изчезнали.

Обяснението на това явление, което Зернике предизвикал променя изцяло основите на микроскопията и му спечелва Нобелова награда за физика през 1953 година.

Чрез серия от експерименти ученият успява да разбере, че директната и дифрактиралата светлина всъщност действат на различни фази. Когато телескопът бил фокусиран върху решетките, полученото изображение, създадено чрез интерференция било невидимо, за разлика от промените в амплитудата или яркостта, при които човешкото око не може да възприеме фазовите разлики. Зернике знаел, че фазовите разлики съдържат информация за обекта на неговото проучване и осъзнал, че ще има нужда от адекватна референтна повърхност, стига да успее да намери такава.

Физикът се запознава с трудовете на Сър Рейлай, описващи гравиране на чаши със силно разредена флуороводородна киселина. Използвайки неговото достижение създал "фазови райета", в които директната светлина създавала гравюри по стъклената повърхност, докато дифрактиралата светлина преминавала през стъклото. Резултатът бил преместване на директната светлина на 90°, а самата тя станала по-тъмна на фона на кохерентната светлина. Когато Зернике добавил "фазови ивици" към телескопа си, раираният модел веднага се появил.

Зернике бързо осъзнава потенциала на своето откритие в микроскопията, където прозрачното съдържимо на клетките също било сравнявано с решетки. Поставяйки своите "фазови ивици" във фокалната равнина на обикновен микроскоп по подобен начин, по който провел експериментите си с телескопа, Зернике успява да визуализира прозрачното преди това клетъчно съдържимо, без да има нужда да го оцветява с бои. Физикът публикува описанието на този метод, който по-късно става известен като фазаво-контрастен през 1935 година.

Скоро след своето изследване ученият развълнувано демонстрира метода на създателя на микроскопи Карл Цайс, който бил меко казано развълнуван от потенциала му от пръв поглед.

Отнема 10 години преди компанията да започне производство на фазово-контрастни микроскопи, имащи възможност да пресъздават изображения чрез фазово-контрастния метод, но и до днес микроскопите от най-висок клас имат способността да възпроизвеждат изображение, без да е нужно да се оцветяват клетъчните органели.

Статията е част от историята на:

• История на микроскопа