background image

 

Medical biology

Lecture 2

 

Light Microscopy


background image




Types of microscopes

Conventional bright-field microscopy
Fluorescence,
Phase-contrast,
Confocal,
 

Based on the interaction of light and

tissue components and can be used to
reveal and study tissue features

.


background image

Bright-Field Microscopy

With the bright-field microscope (e.g. Compound
Microscope), widely used by students of histology,

stained preparations 

are examined by means of

ordinary light 

that 

passes

 through the specimen.

 
The microscope is composed of 

mechanical

 and

optical

 parts


background image

background image

The optical components consist of three systems of
lenses

.

The 

condenser 

collects and focuses light, producing a

cone of light that illuminates the object to be observed.
The 

objective 

lenses enlarge and project the illuminated

image of the object in the direction of the eyepiece.
The 

eyepiece 

or ocular lens further magnifies this image

and projects it onto the viewer's 

retina

photographic film

,

or (to obtain a digital image) a 

detector

 such as a 

charge-

coupled device (CCD) camera

.


background image

The total magnification = 

magnifying power 

of the

objective

 

x

 

magnifying power 

of the 

ocular

 lenses.

**

The critical factor in obtaining a detailed image with a light

microscope is its 

resolving power

 (the smallest distance

between two particles at which they can be seen as separate
objects).

**

The maximal resolving power of the light microscope is

approximately 0.2um; this power permits good images
magnified 1000–1500 times.


background image

Objects smaller or 

thinner

 than 

0.2um

 (such as a

ribosome, a membrane, or a filament of actin)
cannot be distinguished with this instrument

Two objects such as mitochondria will be
seen as only one object if they are separated
by less than 0.2 um.


background image

The 

quality 

of the image (its 

clarity and richness 

of detail)

depends on the microscope's resolving power.

The magnification is of value only when accompanied by
high resolution.

The resolving power of a microscope depends mainly on
the quality of its objective lens

.


background image

 

The eyepiece lens enlarges only the image obtained by the

objective

it does not 

improve resolution.

 

when comparing objectives of different magnifications,

those that provide higher magnification also have higher

resolving power

.

Video cameras highly sensitive to light 

enhance

 the power

of the bright-field and other light microscopes and allow
the capture of digitized images suitable for 

computerized

image analysis and printing

.


background image

With digital cameras and image-enhancement programs (to
enhance contrast, for example), 

objects that may not be

visible when viewed directly through the ocular may be made
visible in the video screen.

video systems are useful for studying 

living cells 

for long

periods of time, because they use 

low-intensity light 

and thus

avoid the cellular damage from heat that can result from
intense illumination.

software for image analysis allows rapid measurements

and quantitative study of microscopic structures


background image

Fluorescence Microscopy

When certain substances are irradiated by light of a proper

wavelength, they emit light with a longer wavelength. This

phenomenon is called 

fluorescence

.


background image

In 

fluorescence microscopy

, tissue sections are usually

irradiated with 

ultraviolet (UV) light 

and the emission is in

the 

visible

 portion of the spectrum. 

The fluorescent

substances appear brilliant on a dark background

.

 For this

method, the microscope has a strong UV light source and
special filters that select rays of different wavelengths
emitted by the substances.


background image

Fluorescent compounds with affinity for specific cell macromolecules

may be used as 

fluorescent stains

Acridine orange

, which binds both

DNA and RNA, is an example. When observed in the fluorescence

microscope, these nucleic acids emit slightly different fluorescence,

allowing them to be localized separately in cells. Other compounds such

as 

Hoechst stain 

and 

DAPI

 specifically bind DNA and are used to stain

cell nuclei, emitting a characteristic blue fluorescence under UV.


background image

 Antibodies labeled with fluorescent compounds are extremely

important in immunohistological staining.

ANTIGEN

ANTIBODY

FLUOROCHROME


background image

Phase-Contrast Microscopy

Some optical arrangements allow the observation of unstained cells

and tissue sections.

Unstained biological specimens are usually transparent and difficult to

view in detail, because all parts of the specimen have almost the same

optical density.

Phase-contrast microscopy, however, uses a lens system that produces

visible images from transparent objects


background image

Phase-contrast microscopy is based on the principle that 

light

changes its speed when passing through cellular and extracellular

structures with different refractive indices

.

 

These changes are used by the phase-contrast system to cause the

structures to appear lighter or darker in relation to each other.

Because it does not require fixation or staining, phase-contrast

microscopy allows observation of living cells and tissue cultures, and

such microscopes are prominent tools in all cell culture labs.


background image

Confocal Microscopy

With a regular bright-field microscope

the beam of light is relatively large

and fills the specimen. Stray light

reduces contrast within the image and

compromises the resolving power of

the objective lens

Figure 1–6: Confocal microscope


background image

Confocal microscopy avoids stray light and achieves greater

resolution by using:

(1) A small point of high-intensity light provided by a laser and
(2) A plate with a pinhole aperture in front of the image detector

.

 

The point 

light source

, the 

focal point 

of the lens, and the detector's

pinpoint 

aperture

 are all optically conjugated or aligned to each other

in the focal plane (confocal) and 

unfocused light does not pass

through the pinhole

.

 

This greatly improves resolution of the object in focus and allows the

localization of specimen components with much greater precision

than with the bright-field microscope.


background image

Most confocal microscopes include a computer-driven mirror system

(the 

beam splitter

) to move the point of illumination across the

specimen automatically and rapidly.

 

Digital images captured at many individual spots in a very thin 

plane-

of-focus

 are used to produce an "

optical section

" of that plane.

Moreover, creating optical sections at a series of focal planes through

the specimen allows them to be digitally reconstructed into a 

three-

dimensional image


background image

background image

Animated 3-Dimensional Reconstruction

Confocal Laser Scanning Microscopy


background image

Animated 3-Dimensional Reconstruction

Mitosis

www.Zeiss.com


background image

Q/

1- Define:   resolving power

2- which type microscope not need stain?

 




رفعت المحاضرة من قبل: علي الشبري
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 102 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل