Двухфотонный лазерный микроскоп. Лазерный сканирующий микроскоп Лазерный микроскоп

Двухфотонный микроскоп является разновидностью мультифотонного флуоресцентного микроскопа . Его преимущества по сравнению с конфокальным микроскопом - большая проникающая способность и низкая степень фототоксичности .

Двухфотонный микроскоп был впервые сконструирован Винфредом Денком в лаборатории В. В. Вебба в Корнеллском университете . Он скомбинировал идею двухфотонного возбуждения с лазерным сканированием.

Процесс двухфотонного возбуждения происходит следующим образом: два фотона , обладающие низкой энергией, возбуждают флюорофор (способную к флюоресценции молекулу или часть молекулы) в течение одного квантового события. Результатом этого возбуждения является последующее испускание возбужденными молекулами флюоресцентного фотона. Энергия флуоресцентного фотона больше энергии возбуждающих фотонов.

Вероятность того, что оба фотона возбуждения будут поглощены одной молекулой, очень мала. Поэтому необходим большой поток возбуждающих фотонов, который можно получить при помощи лазера, испускающего фотоны с большой частотой следования импульсов (80 МГц). Наиболее часто используемые флюорофоры имеют спектр возбуждения в промежутке 400-500 нм, в то время как длина волны возбуждающего лазера находится в промежутке 700-1000 нм (область инфракрасных волн). Если флюорофор поглотит одновременно два фотона, то он получит достаточно энергии, чтобы перейти в возбужденное состояние. Далее возбужденный флюорофор испустит один фотон (в видимой части спектра), длина волны которого зависит от типа флюорофора.

Поскольку для того, чтобы флюорофор перешёл в возбуждённое состояние, необходимо поглощение двух фотонов, вероятность испускания флюорофором вторичного фотона пропорциональна квадрату интенсивности возбуждения. Поэтому флуоресценция будет сильнее в случае, когда луч лазера четко сфокусирован, а не рассеян. Максимальная флуоресценция наблюдается в фокальном объёме (объёме, где сфокусирован луч лазера) и демонстрирует резкое уменьшение в области вне фокуса.

Конструкция

В двухфотонном микроскопе луч инфракрасного лазера сфокусирован с помощью собирающей линзы объектива . Обычно используется высокочастотный 80 МГц сапфировый лазер, испускающий импульс с длительностью 100 фемтосекунд, обеспечивающей высокую плотность фотонного потока, которая необходима для двухфотонного поглощения.

Свет, испускаемый флюоресцирующим образцом, усиливается с помощью высокочувствительного фотоумножителя . Поскольку приёмник света является одноканальным, наблюдаемая в данном фокальном объёме интенсивность света формирует один пиксел изображения. Для того чтобы получить двухмерное пиксельное изображение, производится сканирование в фокальной плоскости образца.

Преимущества и недостатки

Использование инфракрасного света для возбуждения флюорофора в исследуемых тканях имеет свои преимущества :

• Длинные волны рассеиваются меньше, чем короткие, что обеспечивает высокое пространственное разрешение.
• Возбуждающие фотоны имеют маленькую энергию, следовательно, они менее разрушительны для тканей (что продлевает жизнь исследуемой ткани).

Но есть и некоторые недостатки:

• Для работы лазера требуются дорогие оптические приборы для обеспечения интенсивности импульса.
• Двухфотонный спектр поглощения флюорофора может сильно меняться в отличие от однофотонного спектра поглощения.
• Луч с длиной волны более 1400 нм значительно поглощается водой в живых тканях.

Многофункциональный высокопроизводительный световой конфокальный и лазерный конфокальный микроскоп OPTELICS HYBRID обладает целым рядом преимуществ: 2 вида конфокальной оптики в одном микроскопе, интерферометр на фазовом сдвиге, возможность наблюдения в дифференциально интерференционном контрасте, измерение толщин тонких пленок методом спектроскопической рефракции.
Скачать брошюру .

Особенности

• 24битное цветное наблюдение высокого разрешения
• Широкопольные наблюдения и измерения
• Определение толщин прозрачных пленок
• Высокое увеличение
• Высокое разрешение
• Высокая контрастность
• Визуализация нанометровых дефектов, трещин, частиц на ровной поверхности

Аналитические функции

Профиль / сравненительные измерения Измерение формы поверхности на заданной пользователем линии.
Измерение сравнения для измерения разницы в нескольких строках.
Критерии измерения: ширина, высота, угол, уточненный радиус, отклонение

Измерения ширины и шага
Идеально подходит для измерения ширины полупроводниковых паттернов. Лучшая в отрасли точность и повторяемость достигается с помощью уникальной оптики и детекторов.

• Точность:
  ± мкм
  (Ex. ± 0.025 µm для ширины линии 5 мкм)
• Повторяемость:
  3σ = 0.01µm

Измерение шероховатости поверхности
Измерение шероховатости поверхности в соответствии с параметрами JIS и ISO. Высокое разрешение измерения шероховатости возможно для любого типа образцов благодаря бесконтактному методу измерений.

• 2 мерная шероховатость
  Шероховатость поверхности: Ra, Rp, Rv, Rc, Rt, Rq, Rsm, Rk, Rpk, Rvk и т.д.
  JIS B 0671: Rk, Rpk, Rvk, Mr1, Mr2, А1, А2 и т.д.
  Rmr
• 3D шероховатость
  Параметры шероховатости: Sa, Sp, Sv, Sz, пл и т.д.
  Параметры объема: Sk, SPK, СВК, SMR1, ВВК, VVV и т.д.

Анализ геометрических свойств
HYBRID анализирует более 20 свойств, включая площадь, объем, положение центра тяжести и т.д. Вывод результата анализа доступен в формате электронной таблицы.

2D измерения
Измерение 2 мерных функций, таких как длина, угол, радиус и т.п.

Измерение перепадов высот
Измерение разницы высот в указанной пользователем области

Измерение толщины пленки (XZ поперечные измерения)
Толщина пленки получают путем оптических вычислений расстояния между поверхностью пленки и поверхности подложки с использованием отраженного света. Пример: PI пленки на подложке.

Управление данными результатов экспериментов

Высокая скорость и высокая точность измерений

• Ведущая в отрасли скорость измерения. HYBRID достигает частоту кадров 15 Гц, примерно в 4 раза быстрее, чем типичный CLSM(конфокальный лазерный сканирующий микроскоп, что делает его мощным инструментом для высокоскоростного авто измерений, пэчворка и высокоскоростного наблюдения.
• Высоко скоростной пэчворк. Эта функция позволяет сшить большой объект, как показано на рисунке из множества небольших лоскутков изображений. Это плавно создает широкий FOV изображение. Время процесса составляет около 1/6, что требуется для типичного CLSM. (Количество экранов: 1 / 1.5, измерение времени на экране: 1/4)
• Высокоскоростная автоматическая оптимизация диапазона измерения. В пэчворк, высота зазора в пределах каждого FOV автоматически определяется для автонастройки диапазона измерений. Это предотвращает ошибки ввода данных по изображению и значительно сокращает время сканирования.
• Маппинг отображение областей изображения. Текущее позиция проводимых измерений может быть отображена в более широком FOV изображения. Эта функция также позволяет перейти к точке измерения одним щелчком мыши, авто пэчворк в указанной области на карте и координировать управление информацией в указанной позиции.
• Лучшая в отрасли точность измерений и повторяемость. Высокая точность требуется для измерительных инструментов. Высокая точность:
  Ширина линии: ± мкм
  Измерение высоты: ± (0,11 + L / 100) мкм
• Высокий уровень повторяемости. Линия 3σ измерение ширина: 10 нм
  Измерение высоты: 10нм
  HYBRID достигает отрасли воспроизводимости и обнаруживает истинный пик, расположенный в зазоре измерения на основе IZ кривой, рассчитанной с помощью специального алгоритма.

Оптические интерференционные измерения

Измерение высоты нанометрового масштаба в широком поле зрения. Возможно проведение точных наноизмерений высоты в миллиметровом масштабе FOV.
Особенности
Разрешение при измерении высоты с использованием оптической интерференции не зависит от линзы объектива NA. Поэтому возможно иметь высокое разрешение, даже в широком поле зрения. Это подходит для измерения сверхтонких вогнутости / выпуклости, шероховатости поверхности и неровностей при сохранении миллиметрового масштаба широкоугольного обзора. Вы можете значительно расширить диапазон измерительных применений, дополняя этот метод с конфокальностью, который больше подходит для измерения склонов и шероховатых поверхностей.

Основной принцип оптических интерференционных измерений
профили поверхности измеряются в нанометровом разрешении от анализа моделей интерференции, создаваемых интерференцией объективов. Свет разбивается на два массива с помощью светоделителя внутри объектива. Один из массивов отражается поверхностью образца, в то время как другой массив переходит к референтному зеркалу и отражается. Оба отраженных луча накладываются на линзу объектива для формирования интерференционных картин, вызванных оптическими разности хода. По мере того как инструмент настроен так, что он не имеет оптической разности хода в положении фокуса, интерференционные полосы указывают на впадины и выпуклости на поверхности образца.

Вертикально-сканировующая интерферометрия белого света
Интерференционные полосы имеют сильный контраст на плоскости в фокусе. Пик яркости в интерференционной полосы определяется для измерения высоты с надежностью конфокальной микроскопии.

Интерферометрия сдвига фазы
Измерение высоты в Ангстрем масштабе степени точности измерений от фазового анализа интерференционных полос в одной длине волны света (546 нм), которые получаются, поскольку фаза изменяется в несколько этапов. Диапазон измерений ограничен в пределах половины длины волны, но время измерения составляет несколько секунд.

Измерение толщины пленок методом спектральной рефлектометрии

Измерение толщины прозрачной пленки. Вы можете измерить толщину прозрачных пленок, используя возможность выбора 6 длин волн в белом свете. Область измерения настраивается пользователем. Эта функция применима либо к поверхностнопокрытым пленкам или узорчатым пленкам. Спектроскопическая рефлектометрия доступна для измерения прозрачной пленки толщиной в нанометровом масштабе. Это компенсирует недостаток софокусной оптики, которая не может обнаружить позицию фокусировки для пленки с толщиной, близкой к длине волны света, таким образом, не пригодной для измерения толщины.

Принцип спектроскопической рефлектометрии
Толщина пленки может быть измерена с использованием спектра отражения, полученного с помощью спектроскопической рефлектометрии после настройки параметров с оптической имитационной моделью. Отраженный спектр показывает зависимость между абсолютной отражательной способностью и длиной волны. Она изменяется в зависимости от толщины пленки и оптических констант. Абсолютный коэффициент отражения определяется интерференцией тонкой пленки, вызванной многократным отражением света между поверхностью пленки и подложки.

Шесть длин волн выбраны из белого света для получения отраженного изображения для каждого из них и вычисления отражательной способности. Оптические константы (показатель преломления и коэффициент экстинкции) для тонких пленок и подложек используются в оптической модели для расчета абсолютного коэффициента отражения от коэффициента Френеля и измерения толщины пленки после настройки параметров.

Широкопольные конфокальные наблюдения в белом свете

Широкий FOV для эффективного наблюдения
FOV в 1,6 раза шире, чем типичный CLSM (конфокальный лазерный сканирующий микроскоп).

Высокая точность измерений при малом увеличении
С помощью наших специальных объективов, стало возможным проводить высоко точные измерения при малом увеличении, что трудно достичь при стандартном CLSM. Объектив разработан специально для широкого поля зрения и высокой точности измерений, High-NA (высокое значение цифровой апертуры) линзы объектива с увеличением 5x, 10x, 20x.

Широкий FOV и высокая точность

NS-3500 представляет собой высокоскоростной конфокальный лазерный сканирующий микроскоп (CLSM) для проведения высокоточных и надежных трехмерных измерений топографии поверхности. Получение конфокального микроскопического изображения в реальном времени достигается за счет использования быстрых сканирующих оптических модулей и алгоритмов обработки данных.

Данная система является перспективным решением для измерения и проверки трехмерных микроскопических структур, таких как полупроводниковые подложки, FPD панели, MEMS устройства, стеклянные подложки и просто различные поверхности. Микроскоп NS-3500 позволяет проводить измерения в различных областях (область сканирования размером до 10 × 10 мм) образцов с размерами до 150×150 мм за счет большого диапазона перемещения предметного столика. Также имеется опциональная возможность расширения платформы до 200×200 мм.

При необходимости измерения различных точек/областей более габаритных образцов доступна модификация измерительной головки промышленного типа (см. NS-3800).

• Неразрушающий оптический 3D-контроль с высоким разрешением
• Получение конфокального изображения в реальном времени
• Различное оптическое увеличение для наблюдаемой области
• Одновременная конфокальная микроскопия и микроскопия белого света
• Автоматический поиск усиления для тонкой фокусировки
• Компенсация наклона
• Простота анализа полученных данных
• Высокоточное и высокоскоростное измерение высоты
• Возможность качественного анализа толщины полупрозрачных материалов
• Отсутствие пробоподготовки
• Режим двойного сканирования вдоль вертикальной оси Z
• Сшивание изображений для анализа больших областей

Области применения

Лазерный сканирующий микроскоп NS-3500 является идеальным решением для измерения высоты, ширины, глубины, углов, площади, а также объемной визуализации микроструктур, таких как:

• Полупроводники - IC подложки, высота выступов/ступеней и проволочных петлей, анализ дефектов, CPM процессы (химико-механическая планаризация)
• Плоскопанельные дисплеи (FPD) - анализ сенсорных панелей, ITO подложек, высота разделительной колонны в ЖК-дисплее
• МЭМС устройства - трехмерный профиль структуры, шероховатость поверхности, подложки
• Стеклянные поверхности - тонкопленочные солнечные элементы, текстура солнечного элемента, анализ рисунка после лазерного воздействия
• Исследование материалов - анализ опорных поверхностей зажимного устройства, шероховатости и сколов

Программное обеспечение NSWorks & NSViewer

• Простое и интуитивное управление даже для новых пользователей
• ПЗС изображение, конфокальное изображение, а также основная панель управления одновременно отображаются на одном экране
• Разные параметры настройки предназначены для передовых приложений
• Построение конфокального изображения в режиме реального времени обеспечивает немедленную обратную связь с оборудованием
• Отдельное окно анализа с удобными графическими инструментами для создания отчетности
• Объемный графический вид позволяет пользователю легко распознать микроскопическую структуру образца

Сшивание изображения

При необходимости анализа большой области сканирования (до 15×15 мм макс.) доступно последовательное поточечное измерение мелких областей с их последующим сшиванием. Данная особенность реализована за счет использования моторизированного предметного столика и программной утилиты NSMosaic. После сшивания полученное изображения может быть проанализировано как единое целое со всеми доступными функциями из NSViewer.

Видео-обзор: Сшивание изображений на конфокальном лазерном сканирующем микроскопе NS-3500

Примеры измерений с помощью NS-3500

Измерение высоты стандарта VLSI	Анализ выступающей части на OLED	Анализ результатов лазерной обработки OLED
Кварцевая подложка	Поверхность бриллианта	Дефект на металлическом зеркале
Неровность на выпуклой поверхности	Графен	Подложка оксида индия и олова
Анализ структуры микролинзы	Анализ узкой области подложки	Вид исследуемого образца при различном оптическом увеличении
Постобработка изображения профиля поперечного сечения	Сшивание изображения при анализе монеты	Анализ профиля поверхности капли воды

Конфокальная микроскопия – это один из методов оптической микроскопии, который обладает существенным контрастом по сравнению с обычными классическими микроскопами. Отличительной особенностью данного метода является использование диафрагмы, способной отсекать поток фонового рассеянного света.

В конфокальном микроскопе в каждый момент времени происходит регистрация изображения одной токи объекта. Полноценное изображение получается за счет сканирования передвижения образца или перестройки оптической системы. После объективной линзы расположена диафрагма небольшого размера так, чтобы свет, испускаемый исследуемой точкой, проходил через нее и регистрировался, а свет, исходящий от других точек, задерживался диафрагмой.

Описанный метод исследования позволяет изучать внутреннюю структуру различных клеток. С его помощью можно идентифицировать отдельные молекулы и структуры клетки, микроорганизмы, а также динамические процессы, протекающие в клетках.

Описание метода конфокальной микроскопии

Благодаря конфокальной флуоресцентной микроскопии появилась возможность получать трехмерное субмикронное расширение объектов, а также значительно расширилась возможность проведения неразрушающего анализа прозрачных образцов. Благодаря использованию в указанных микроскопах в качестве источников света лазеров, достигается повышение их разрешающей способности.

По сравнению с ксеновыми или ртутными лампами лазеры отличаются существенными преимуществами, так как обладают способностью монохроматичности, а также высокой параллельности испускаемого пучка света. Такие свойства лазерного излучения обеспечивают оптической системе более эффективную работу, а также снижают количество бликов и увеличивают точность фокусировки пучка света.

На исследуемом образце лазер освещает не все поле зрения, а фокусируется в определенной точке. Конфокальная диафрагма позволяет избавиться от внефокусной флуоресценции, при этом изменяя диаметр диафрагмы, можно точно определять толщину оптического слоя возле фокуса лазерного луча. Благодаря описанному свойству конфокальная микроскопия позволяет получать улучшенное разрешение вдоль оси Z.

Специальные программы, которыми оснащены конфокальные микроскопы, позволяют из серии оптических срезов создавать объемные изображения объектов, а также рассматривать их под разными углами зрения.

Применение мультиспектрального лазерного сканирующего конфокального микроскопа дает возможность изучать колоколизацию в клетке различных веществ. Мультиспектральный режим позволяет проводить на конфокальном микроскопе исследования по методу FISH.

Примеры исследований, проводимых с помощью конфокального микроскопа

Конфокальная микроскопия помогает изучать способность различных веществ накапливаться в ядре, цитоплазме или в других клеточных структурах. Эти способности зачастую применяются в процессе проведения исследований механизмов действия канцерогенов, противоопухолевых соединений, лекарственных препаратов, а также позволяют рассчитывать их эффективные концентрации.

Летальное изучение интенсивности, а также формы спектров собственной флуоресценции дает возможность распознавать воспаленные и нормальные клетки. Этот метод используется на ранних сроках диагностики рака шейки матки.

Правильно подобранная комбинация различных фильтров, предназначенных для нескольких типов собственной флуоресценции, может получаться без трудоемкого исследования множества срезов. Таким образом, можно быстро и точно обнаруживать злокачественные тканевые структуры и отличать их от нормальных.

Методы конфокальной микроскопии достаточно широко используются в гидробиологии и эмбриологии, в ботанике и зоологии в процессе изучения структуры гамет, а также развития и формирования организмов.

Конфокальные лазерные микроскопы в современном мире нашли широкое применение в области биологии, биофизики, медицины, клеточной, а также молекулярной биологии. Конфокальная микроскопия – это уникальная бесконтактная методика, которая сегодня используется для изучения роговицы глаза. Она позволяет максимально точно оценить имеющуюся степень клеточных изменений и внеклеточных структур, а также сделать выводы о возможном повреждении роговицы в целом.

Лазерные конфокальные микроскопы обладают высоким разрешением, поэтому позволяют исследовать структуру флуоресцентно меченых клеток и даже отдельных генов. Применение всевозможных технологий специфической многоцветной флуоресцентной окраски для биологически активных молекул, а также надмолекулярных комплексов дает возможность изучать сложные механизмы функционирования не только отдельных клеток, но и целых систем. Данная технология широко используется в экспериментальной биологии, а также в медицине.

Оборудование - конфокальные микроскопы

Современные сверхточные конфокальные микроскопы, такие как Leica TCS SP8 позволяют получить максимально четкие и достоверные данные при проведении различных исследований. Широкий интерес к таким приборам возник в восьмидесятых годах прошлого столетия, из-за быстрого развития компьютерной техники и лазерных технологий.

Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия представляет собой разновидность оптической микроскопии. Ее особенностью является то, что лазерный луч фокусируется на определенную область по осям Х и У и формирует, таким образом, изображение. Отраженный свет демонстрируется на экране в виде растра. Размеры изображения напрямую зависят от разрешающей способности современной электроники, а также от размеров сканируемого растра.

Измерительные приборы, которые созданы с помощью современного метода конфокальной лазерной сканирующей микроскопии, в наше время получили широчайшее распространение в разных сферах. По сравнению с обычной световой микроскопией конфокальная микроскопия обладает следующими преимуществами:

• улучшенная разрешающая способность;
• высокая контрастность изображения;
• возможность проводить мультиспектральные исследования с высокой степенью разделения сигналов;
• возможность получения «оптических срезов» с трехмерной реконструкцией;
• возможности использования способов цифровой обработки полученных изображений;

Из недостатков описанной аппаратуры можно выделить:

• сложность настройки прибора;
• отсутствие оптического изображения;
• высокая стоимость приборов, также дороговизна их обслуживания.

В конфокальном микроскопе для управления всей системой используется специальный компьютер. Он позволяет сохранять изображения и детально изучать полученные данные. Для качественной обработки полученных изображений зачастую требуются достаточно большие вычислительные мощности, поэтому компьютер должен обладать довольно большой оперативной памятью. Для дальнейшего хранения информации требуется также и большая дисковая память. Для передачи изображений такой компьютер должен иметь USB-порт или CD/DVDRW. Также компьютер имеет возможность подключения к глобальной интернет или локальной сети.

Программное обеспечение, установленное в таких компьютерах, может быть базовым. Оно поставляется вместе с техникой и позволяет управлять всей системой и контролировать ее основные функции. Также для указанных компьютеров специально разрабатываются пакеты прикладных задач, которые заказываются дополнительно. Многие модели конфокальных микроскопов имеют специальный пульт управления, позволяющий настраивать их работу дистанционно.

Устанавливают описанные приборы в обычных лабораторных посещениях. Важнейшей процедурой в процессе эксплуатации конфокальных микроскопов является контроль за вибрациями. Для таких целей применяют специальное устройство, измеряющее уровень вибрации. Процедура контроля похожа на процедуру измерения аксиальной разрешающей способности ЛСКМ при помощи зеркала.

Конфокальная микроскопия стремительно развивается. Известные компании-производители представляют на рынке новейшие образцы конфокальных микроскопов, которые позволяют эффективно разделять лазерный луч возбуждения, а также люминесценцию. С помощью компьютера в таких приборах управляется светоделитель. Его спектральные свойства при необходимости могут достаточно быстро перестраиваться на несколько лазерных линий.

Конфокальные микроскопы в микробиологии

Конфокальный микроскоп также незаменим в биологии для детального исследования клетки. Сегодня на эту тему публикуется огромное количество различных научных статей. Чаще всего при помощи конфокальных микроскопов изучают структуру клеток, а также их органоидов. Также исследуется колокализация в клетке для того, чтобы понять есть ли причинно-следственная связь между веществами клетки.

В процессе изучения белков конфокальными микросокпами они предварительно маркируются антителами с разными флуорохромами. С помощью обычного классического микроскопа довольно трудно разобрать расположены ли они рядом либо же один под другим, а вот конфокальный микроскоп позволяет это сделать без особых проблем. В памяти компьютера записываются данные о серии оптических срезов и, таким образом, проводится объемная реконструкция объекта, атакже получается его трехмерное изображение.

Также с помощью конфокальных микроскопов исследуют динамическое процессы, протекающие в живых клетках, например, передвижение ионов кальция или других веществ сквозь клеточные мембраны. Используют конфокальные микроскопы и для изучения подвижности биоорганических молекул с помощью ионизации фотохимического разложения флуорохрома в зоне облучения, а также последующего его рассоединения с молекулами. Такие молекулы маркируются двумя флуорохромами, обладающими спектром испускания донора, который перекрывается спектром поглощения акцептора. Таким образом, энергия передается от донора к акцептору на небольших расстояниях и в результате резонанса между энергетическими уровнями. После этого акцептор в видимой области спектра излучает энергию, которая впоследствии регистрируется с помощью конфокального микроскопа.

Развитие конфокальной микроскопии продолжается. Компании-производители указанного оборудования ежегодно представляют на рынке все более современные, функциональные и усовершенствованные микроскопы, позволяющие ученым совершать новые полезные открытия в самых разных сферах. Совершенствуется и программное обеспечение, предназначенное для компьютеров, которыми оснащены конфокальные микроскопы. Оно позволяет воплощать в жизнь самые сложные задачи, которые дают возможность проводить исследования на молекулярном и клеточном уровне. Сегодня с уверенностью можно сказать, что за конфокальными микроскопами будущее, так как по своим функциональным характеристикам и техническим возможностям они существенно превзошли обычные микроскопы. Среди достаточно широкого ассортимента конфокальной оптической аппаратуры каждый пользователь сможет подобрать для себя именно торт микроскоп, который позволит ему активно развивать свои исследования.

Антони ван Левенгука чаще других называют изобретателем микроскопа. С исторической точки зрения это не совсем верно: задолго до него и знаменитый Галилей, и отец и сын Янсены, и Корнелиус Дреббель представили публике свои оптические приборы. Однако слава Левенгука вовсе не беспочвенна: именно ему впервые удалось рассмотреть одноклеточные организмы, клетки крови, строение глаз насекомых — то есть действительно выйти на микроуровень.

Заставить каплю повиснуть и не упасть — самая сложная задача. Для этого подойдет карандаш или корпус от шариковой ручки. Стоит поэкспериментировать с углами наклона и количеством воды.

Вопреки распространенному представлению, микроскоп Левенгука совсем не был похож на современный. Он представлял собой одну-единственную линзу, зажатую в специальном штативе. Человек несведущий скорее назвал бы этот прибор лупой.

Попасть лазером в каплю воды не так-то просто. Возможность надежно закрепить указку очень важна. Мы использовали кронштейны для пайки из радиомагазина.

Капля воды — это та же линза. Взгляните на определение: линза — это деталь из прозрачного однородного материала, ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями вращения (сферическими поверхностями). Капля имеет форму сферы, вода однородна, поверхностное натяжение работает на ней лучше всякой полировки, и, наконец, коэффициент преломления воды не равен таковому у воздуха. А значит, капля — это линза, хотя и не очень хорошая.

Площадь изображения на экране многократно превышает сечение лазерного луча. Поэтому, чтобы изображение было ярким, стоит раздобыть мощную лазерную указку с зеленым лучом.

Если направить на каплю луч лазерной указки и спроецировать его на белый лист бумаги, мы увидим, что происходит внутри капли. Лазер дает когерентное (образно говоря, параллельное) излучение, поэтому можно сказать, что его луч изначально идеально сфокусирован. Теоретически можно было бы использовать и обычную лампу, но для точной фокусировки ее света в капле понадобилась бы куда более сложная оптическая система. Не стоит обольщаться: это неплохой опыт по оптике, но не по биологии. Коэффициент увеличения капли невелик, поэтому объекты, которые вы увидите на экране, — это вовсе не микроорганизмы, а просто частицы пыли или мелкие волоски. Эффект движения создается за счет перемешивания воды внутри капли. И все же в зрелищности опыту не откажешь.