Как сделать микроскоп в домашних условиях. Конструкция микроскопа из линз

Хотите, не приобретая сложного микроскопа, наблюдать интереснейшую жизнь простейших водорослей и других невидимых обитателей капли стоячей воды, проникнуть взором в тайны клеток растений _разглядеть красные кровяные шарики? Хотите увидеть, как выглядят чудесные чешуйки крыльев бабочки, мельчайшая цветочная пыльца при сильном увеличении? Если вы любите делать все своими руками, то смастерить 200— 500-кратный микроскоп не представит для вас никакой трудности. Микроскоп оригинальный — без единой стеклянной линзы (у обычного их несколько). Главной оптической частью его служит жестяная пластинка с небольшим отверстием в 0,3—2,5 мм, в которое помещается капля воды или, лучше, глицерина удерживаемая капиллярным притяжением. Если отверстие хорошо обработано, капля принимает форму правильной, сильно выпуклой линзы. Через эту единственную, но зато очень сильную “линзу” и рассматривается при проходящем свете прозрачный или достаточно малый объект, который помещается на расстоянии 0,2—3 мм от линзы, в зависимости от ее увеличения. Жестяная пластинка с каплей удерживается верхней Деревянной колодкой, которую можно поднимать и опускать с помощью винта. Колодка укреплена шарнирно на стойке. На другой, расположенной чуть ниже неподвижной колодке укреплена склеенная из бумаги трубка, в которую вставлена еще одна подвижная трубка, закрепляемая винтом. К этой трубке сверху приклеен круглый неподвижный столик из пластмассы с отверстием в 6—8 мм, по которому перемещается в двух горизонтальных направлениях с помощью винтов и пружины еще один подвижный квадратный пластмассовый столик. Металлическая скобка препятствует его поднятию и соскакиванию. Отверстие в этом столике делается большее. Сверху к квадратному подвижному столику приклеивается круглая пластина тоже с широким отверстием. На нее кладут предметное стекло. Диаметр столиков и пластины не должен превышать 50 мм. Для предохранения жидкостной линзы от пыли и от деформации ее защищают кусочком чистой целлулоидной пленки, которую приклеивают к небольшой пластмассовой шайбе. К верхней подвижной колодке для удобства прикрепляется круглый, диаметром 30 мм, окулярный щиток с отверстием для глаза. Щиток при замене объектива можно сдвигать в сторону. Объект освещается снизу подвижным зеркалом сквозь диафрагму, снабженную отверстиями от 2 до 15 мм обеспечивающими значительное улучшение качества изображения, если диафрагма помещена не ближе 100 мм от объекта. Центральная стойка укрепляется неподвижно в подставке. Объект, который надо рассмотреть, помещают на стекле, не выходящем за пределы столика. Для получения хорошего изображения особенно важно тщательно обработать отверстие для капли в пластинке, так как даже небольшая неправильность отверстия, незаметный завал или заусеницы искривят каплю и испортят изображение. Поэтому при сверловке и обработке отверстия его качество необходимо постоянно проверять с помощью сильной лупы. Чтобы капля не растекалась, пластинку смазывают вазелином и затем почти насухо протирают. Пластинка и глицерин должны быть безукоризненно чистыми: мельчайший сор в глицерине осядет на дно или всплывет наверх капли и превратится в туманное пятно в самом центре поля зрения. Для большего увеличения нужно применять отверстия меньшего диаметра. Лучше сделать набор пластин с отверстиями от 0,3 до 2,5 мм. При умелом обращении микроскоп может дать увеличение до 700 раз. Каждый любитель мастерить может за короткое время изготовить такой прибор из небольших кусочков дерева, пластмассы, жестяной банки и нескольких шурупов.

"Техника Молодежи", 1960 г., №1, Гребенников В.С.

Перед вами рисунки очень простенького карманного микроскопа, которым удобно пользоваться в походе. Для его изготовления вам не потребуется никаких дефицитных деталей, даже линзы. Ее заменяет... капля воды. В деревянном бруске (40x70x20 мм) вы просверливаете (вытачиваете) сквозное отверстие диаметром 8 мм и красите его изнутри черной гуашевой краской. Это тубус микроскопа. Он должен точно располагаться относительно осевых линий бруска. Затем вырезаете из жести (от консервной банки) два диска одни для диафрагм, другой для объективов. Приклепывал диафрагмовый диск к скобе, помните: 1) что он должен так плотно прижиматься к ней, чтобы не было бокового подсвечивания в тубус, и 2) что осевая линия тубуса должна совпадать с отверстиями диафрагм. Фокусирующая планка прикрепляется к бруску (основе микроскопа) также при строгом соблюдении осевого совмещения центров линз с центром тубуса. К изготовлению объективного диска отнеситесь с особой тщательностью: от чистоты проделанных отверстий зависит качество работы микроскопа. Разметив диск по чертежу, проколите в нем отверстия и разверните их шилом. Образовавшиеся заусенцы заточите на бруске. Отверстия должны быть правильной формы и нужного диаметра и, самое главное, должны иметь скос (фаску), необходимый для образования сферы капли. Цековка отверстий направлена наружу. Крепится объективный диск к фокусирующей планке заклепкой с шайбой. Перед тем как пользоваться микроскопом, тщательно протрите объективный диск тряпочкой, а края отверстий, предназначенных для водяных линз, смажьте слегка каким-либо жиром, тогда капельки воды не будут растекаться. Предметные стекла (15x70 мм) вырежьте из фотоплас-тинки. Между ними поместите рассматриваемый предмет и оба стекла вдвиньте в гнездо бруска так, чтобы рассматриваемый предмет оказался против смотровой линзы. Затем заостренным концом спички наберите чистой воды и коснитесь им обоих отверстий объективного диска. Попав в отверстия, капли примут форму двояковыпуклых линз. Так вы получите жидкостные объективы микроскопа. Не допускайте, чтобы капли растекались по поверхности диска. Готовый микроскоп поднесите к глазу жидкой линзой и направьте тубус в сторону источника света. Лучи света, пройдя через отверстие в диске и через рассматриваемый предмет, попадут в глаз. Вращая болтик, вы можете перемещать объективный диск ближе или дальше от рассматриваемого предмета и тем самым добиваться наилучшей резкости изображения. Степень увеличения можно менять, если, поворачивая объективный диск, устанавливать против рассматриваемого предмета то одну, то другую линзу. Наилучшее увеличение даст линза-капля, помещенная в отверстие меньшего диаметра. Диск с диафрагмовыми отверстиями облегчает настройку и дает яркость и четкость рассматриваемого предмета. На ветру, в жаркие дни капли воды быстро испаряются, поэтому в отверстия время от времени приходится пускать новые капли воды. Воду можно заменить чистым глицерином.

С. Вецрумб

ж. Юный Техник 1962, №8, стр. 74-75.

Видео:

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.

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. Но фото вы видите, что объектом наблюдения является простая нитка.

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.

Наверное, вряд ли аптекарь Левенгук изобрел бы микроскоп, не будь в его распоряжении самых различных линз. В наше время тем, кому захочется самому сделать микроскоп, приходится труднее: длиннофокусных линз, увеличивающих лишь в два-три раза, в аптеке достаточно, а вот короткофокусные найти гораздо сложнее. А самому такие не сделать.

Впрочем, есть способ - и даже сложные шлифовальные работы не потребуются. Надо лишь взять полоску жести размером 10X60 мм, на одном из ее концов просверлить отверстие d 3 мм ив него ввести… каплю воды. Да, именно она и является той практически идеальной короткофокусной линзой - объективом будущего микроскопа. Учтите только, что отверстие должно быть абсолютно круглым, а его кромки не должны иметь заусенцев. После обработки полоска жести в зоне отверстия смазывается любым маслом и слегка промокается салфеткой.

1 - тубус.2 - вертикальная стойка,3 - кронштейны.4 - предметный столик.5 - основание, в - державка с гидролинзой.7 - стекло.

Теперь можно взяться и за изготовление самого прибора. Начнем с основания. Для него необходим кусок древесностружечной плиты или фанеры толщиной 20 мм размером 100х100 мм. Вертикальная стойка, на которой закрепляются предметный столик и тубус микроскопа, деревянная (дубовая или буковая) сечением 15X50 мм. Как соединяются все эти детали, показано на рисунках. Сборка ведется на любом клее - казеиновом, поливинилацетатном, синтетическом или даже костном.

Одна из основных деталей микроскопа - предметный столик. Сделать его можно из десятимиллиметровой фанеры, вырезав из нее квадрат со стороной 50 мм с отверстием 30×30 мм посредине. К вертикальной стойке столик крепится двумя фанерными (толщиной 3 мм) косынками, а на иих - ось зеркала, с помощью которого можно направить пучок света на предметное стекло столика. Само зеркало фиксируется на оси кусочками ткани или бумаги, промазанным клеем БФ-2.

1.3-боковины.2-столик, 4 - ось зеркала (сталь, 0 3 мм), 5-зеркало 40X40 мм.

Тубус микроскопа состоит из двух трубок, склеенных из картона либо из нескольких сдоев плотной бумаги. Диаметр меньшей определите по длиннофокусной линзе. В соответствии с ним подберите подходящую деревянную или пластмассовую оправку и выклейте по ней внутреннюю трубку тубуса. Лучше всего пользоваться поливинилацетатным клеем. После его высыхания поверх полученной намотайте еще одну трубку. Чтобы вторая не соединялась накрепко с первой, проложите между ними несколько витков бумаги.

Теперь надо ориентировочно определить межлинзовое расстояние. На вертикальной стойке закрепите линейку, на предметный столик положите, например, волос или тонкую проволоку, подготовьте гидролинзу - пипеткой внесите каплю воды в отверстие жестяной полоски и, взяв две линзы в руки, перемещайте до тех пор, пока в объективе не появится ясное изображение предмета. Зафиксировав это положение, по линейке отметьте длину будущего тубуса.

Обрезав трубки, к меньшей прикрепите линзу окуляра, а в большей разделайте отверстие, предназначенное для размещения в нем гидролинзы. Чтобы исключить подсветку, внутреннюю поверхность тубуса заклейте черной бумагой.

Насчет оптического разрешения - современные оптические микроскопы имеют разрешение порядка нескольких нанометров и меньше, но там несколько другие принципы работы, дифракционный предел там обходится.

Ой, а расскажите, пожалуйста подробнее!!
Я
а) буду студентам рассказывать;
б) куплю, может, такой микроскоп (а то мучаемся с электронной микроскопией, вакуум, итд)

Из моих ограниченных знаний, конфокальная микроскопия дает примерно фактор ~2 к обычному пределу разрешения. А ближнепольная (near-field которая), конечно, может теоретически как-то и разрешает, а реально сбор сигнала близехонько от поверхности без искажений и сопутствующих суровых реалий делает измерения эзотерическими...

Вот поведайте, пожалуйста - если "несколько нанометров и меньше" то как увидеть/разрешить, например, наши серебряные (такие блестящие и удобные для оптической микроскопии) пятигранные бипирамиды порядка 50 нм (шириной) во всей их красе (ну то есть со всеми гранями) - ??

Ах, ах, сколько сарказма! Щас, я запыхчу и брошусь Вас линками снабжать. Погуглите, и будет Вам щастье. А пока можете купить хотя бы у Лейки серийно выпускаемый оптический микроскоп Leica TCS SP8 STED 3X с разрешением лучше 50 нм. FOM вроде чего-то тоже разработал, в Америке выпускаются серийно. Играйтесь с Вашими пирамидками. В университетах приблизились к 10, есть сообщения даже о лучшем разрешении (те самые несколько нанометров, но это уже вроде с обработкой данных) во всяком случае, о 20 полно. В общем, если это Вас всерьез интересует - ищите и обрящете. Это не мой круг интересов. Если будут проблемы с закупкой и поставкой - тут могу помочь. Но не деньгами:-(

Какой сарказм?!? Безумный интерес к таким чудо-микроскопам!
(и даже "испуг" - что-то такое удивительнейшее упустить из вида)
В целом суть ответа понятна - пыхтеть, гуглить...
Конфокальный микроскоп Leica TCS SP8 STED 3X разрешает "флюорофоры" (на эту тему я могу много попыхтеть...) ... весьма почти так же как любой оптический микроскоп легко "наблюдает" 10 нанометровые (и даже менее) металлические частицы

Ну вот видите - Вы в теме намного глубже, чем я. И гуглить не надо, Вы все знаете. А чего ж тогда передо мной, дилетантом, в незнайку играете? Я же всего лишь прочел как-то (и не первый раз, давно еще), что 10-нанометровый предел для оптических микроскопов преодолен, а с какими там частицами - понятия не имею. Естественно, любая методика имеет свои ограничения. Вот бы и сказали - да, Владимир, преодолен, но не для всех и не всегда и не везде и за разные деньги. Мол, все 10-нанометровые объекты равны, но некоторые, например металлические, равнее. А подловить меня на чем-то - проблем нет. Как и всех вас и нас в областях, где мы просто как-то прогуливались, но какое-то мнение себе составили.

Как же я не дилетант??
Я физического образования не имею, глубиной знаний в микроскопии совсем не обладаю - занимаюсь своей весьма специфичной областью химии (в которой без микроскопии никак). И даже там за всем "прогрессом" не слежу, а тем более уж в других областях.

А Вы меня очень удивили.
Конечно, в научных анонсах чего сейчас не понапишут - это как в позднем Риме: хлеба (грантов) и зрелищ (умопомрачительных научных сенсаций любой ценой, часто включая правду...)
Но я ж подумал, что Вы как человек сугубо практичный написали про реальные приборы

Про 10-нанометровые металлические частицы - это ж еще с прошлого века - видны-то они видны - прекрасно (индивидуально), но предел разрешения для них никто не отменял с обычными оптическими микроскопами

Ну, во-первых, я Вам предложил как раз реальный прибор с лучше чем 50 нм разрешением. Есть и лучше, в Штатах одна (а может, и не одна)компания выпускает, не помню, кто, как-то долго с ними беседовал на выставке. Они как раз и заявили 10 нм разрешение. Во-вторых, статей на эту тему масса и во вполне серьезных источниках, которые ну никак нельзя обвинить в поставках хлеба и зрелищ для плебса. Приходится опять посоветовать погуглить

Нет, если не хотите, конечно, не надо...

Есть и лучше, в Штатах одна (а может, и не одна)компания выпускает, не помню, кто, как-то долго с ними беседовал на выставке. Они как раз и заявили 10 нм разрешение.

Будьте конкретны, назовите, пожалуйста, эту компанию, выпускающую приборы с 10-нм разрешением, чем давать советы про "гуглить"

Ну что ж Вы такой занудливый, не знаю прямо.... Сказал же я Вам - не помню, давно это было, лет 6 назад. Не моя это область, поэтому особо не вникал и не запоминал. Ну пойдите вы по https://www.google.com#q=Optical+microsco pe+with+10+nm+resolution&start=0, там много статей по этому поводу, вот с авторами и спорьте, что все, что они описали - это ложь и провокация, со мной-то чего??? Ну не могу я Вам ничего другого посоветовать, кроме гугла. Неужели Вы всерьез думаете, что вот сейчас я все брошу и начну с Вами пускать корабл.... рыться по поисковикам и по старым бумагам??

Ну хорошо, (а)я не прав, (б) я дурак, не знающий элементарной физики, (в)я намеренно ввожу Вас и общество в заблуждение, (с) я проплаченный агент госдепа, моссада, службы безпеки, - все, что предпочитаете.... Хоть Чубайсом назовите. И давайте на этом закончим.

За свою почти 300-летнюю историю развития микроскоп стал, наверное, одним из самых массовых оптических приборов, широко используемым во всех областях человеческой деятельности. Особенно трудно переоценить его роль в обучении школьников, познающих окружающий микромир своими глазами.

Отличительной особенностью предлагаемого микроскопа является "нестандартное" использование обычной Web-камеры. Принцип действия состоит в непосредственной регистрации проекции исследуемых объектов на поверхность ПЗС матрицы при освещении их параллельным пучком света. Полученное изображение выводится на монитор ПК.

По сравнению с обычным микроскопом в предлагаемой конструкции отсутствует оптическая система, состоящая из линз, а разрешение определяется размерами пикселя ПЗС матрицы и может достигать единиц микрон. Внешний вид микроскопа показан на рис. 1 и рис. 2. В качестве Web-камеры использована модель "Wcam 300А" фирмы Mustek, имеющая цветную ПЗС матрицу разрешением 640x480 пикселей. Электронная плата с ПЗС матрицей (рис. 3) демонтирована из корпуса и после небольшой доработки установлена в центре светонепроницаемого корпуса с открывающейся крышкой. Доработка платы состояла в перепайке USB-разъема с целью обеспечения возможности установки дополнительного защитного стекла на поверхность ПЗС матрицы и герметизации поверхности платы.

В крышке корпуса сделано сквозное отверстие, в центре которого установлен блок из трех светодиодов разного цвета свечения (красный, зеленый, синий), являющийся источником света. Блок светодиодов, в свою очередь, закрыт светонепроницаемым кожухом. Удаленное расположение светодиодов от поверхности матрицы позволяет сформировать приблизительно параллельный пучок света на объекте измерения.

ПЗС матрица соединена с ПК с помощью USB кабеля. Программное обеспечение - штатное, входящее в комплект поставки Web-камеры.

Микроскоп обеспечивает увеличение изображения в 50... 100 раз, при оптическом разрешении около 10 мкм с частотой обновления изображения 15 Гц.

Конструкция микроскопа показана на рис. 4 (без соблюдения масштаба).

На входное окно ПЗС матрицы 7 для ее защиты от механических повреждений установлено кварцевое защитное стекло 6 размерами 1x15x15 мм. Защита электронной платы от жидкостей и механических повреждений обеспечивается герметизацией ее поверхности силиконовым герметиком 8. Исследуемый объект 5 размещают на поверхности защитного стекла 6. Осветительные светодиоды 2 установлены в центре отверстия крышки 4 и снаружи закрыты светонепроницаемым пластмассовым кожухом 3. Расстояние между исследуемым объектом и блоком светодиодов составляет примерно 50...60 мм.

Питание осветительных светодиодов (рис. 5) осуществляется от батареи 12 из трех последовательно соединенных гальванических элементов напряжением 4,5 В. Включение питания осуществляют выключателем SA1, светодиод HL1 (1 на рис. 4) - индикаторный, расположен на защитном кожухе и сигнализирует о наличии питающего напряжения. Включение осветительных светодиодов EL1-EL3 и тем самым выбор цвета освещения осуществляют выключателями SA2-SA4 (13), расположенными на боковой стенке корпуса 11.

Резисторы R1, R3-R5 - токоограничивающие. Резистор R2 (14) предназначен для регулировки яркости свечения светодиодов EL1-EL3, он установлен на задней стенке корпуса. В устройстве применены постоянные резисторы С2-23, МЛТ, переменный - СПО, СП4-1. Выключатель питания SA1 - МТ1, выключатели SA2-SA4 - кнопочные SPA-101, SPA-102, светодиод АЛ307БМ можно заменить на КИПД24А-К

Поскольку видимые размеры выводимых изображений зависят от характеристик используемой видеокарты и размеров монитора, микроскоп требует калибровки. Она заключается в регистрации тест объекта (прозрачная школьная линейка), размеры которого известны (рис. 6). Измеряя расстояние между штрихами линейки на экране монитора и соотнеся их с истинным размером, можно определить масштаб изображения (увеличения). В данном случае 1 мм экрана монитора соответствует 20 мкм измеряемого объекта.