Научная фотография —
это самостоятельный обширный раздел, в котором фотографические средства и методы используются для получения, хранения информации и для решения других разнообразных задач во всех областях науки и техники. Она стала мощным средством познания, многократно расширив возможности человеческого глаза, сделав доступным для наблюдения невидимые излучения, исчезающие слабые изображения, быстротекущие процессы, в том числе в физике микромира. Значительные результаты обеспечило применение научной фотографии в медицине, биологии, ядерной физике, картографии и военных исследованиях.

У многих из вас, наверняка, название статьи ассоциируется с фотографиями растений и животных, а биология — с открытием и описанием новых видов, а также с изучением их строения и поведения. Однако в настоящее время гораздо большее развитие получили такие отрасли, как микробиология, молекулярная биология, биохимия, биофизика, биотехнология, и многие другие. Здесь использование фотографии более значимо, но менее очевидно. На них остановимся подробнее.

Использование увеличенных фотоизображений микроскопических объектов было одним из первых примеров применения фотографии в науке. Еще в 1837 Талбот использовал процесс калотипии и солнечную подсветку в микроскопе, а затем с 1839 Дж. Рид и А. Донне использовали для этих целей дагеротипию. Изобретателем микрофотографии считается Дж. Дансер, который изготовил ряд приборов для научной фотографии и впервые получил качественные микрофотографии на стекле. В 1866 К-С. и Дж.-А. Наше изготовили первый фотографический микроскоп. Дальнейшее развитие микрофотографии определилось совершенствованием приборов, особенно изобретением электронного микроскопа, и созданием специальных фотопленок. Первые электронные микрофотографии получил в 1934 Л . Мартон, а в 1937 впервые были опубликованы микрофотографии бактерий. В 1940-х годах получены изображения вирусов, тонкой структуры клеток и макромолекулярных кристаллов. В 1970 с помощью электронного микроскопа впервые сфотографированы отдельные атомы.

Эта область применения фотографии продолжает активно развиваться в связи с развитием цифровой фотографии. В настоящее время имеются специальные цифровые фотокамеры, прикрепляемые к микроскопу и дающие изображения высокого разрешения.

Существует несколько видов микроскопов, и изображения, получаемые ими, сильно различаются.

1) стереомикроскоп Стереомикроскопы — это микроскопы, предназначенные для исследования непрозрачных объектов с различной степенью отражающей способности и полупрозрачных объектов. С помощью стереомикроскопа производятся наблюдения объекта по методу светлого поля: на светлом поле мы наблюдаем объемное изображение контрастного однотонного или естественного цветного объекта.

Схема стереомикроскопа формируется исходя из сути бинокулярного зрения. Мы воспринимаем окружающий мир в трехмерном пространстве. Это достигается тем, что наши глаза наблюдают один и тот же объект под разными углами.

Научная фотография — это самостоятельный обширный раздел, в котором фотографические средства и методы используются для получения, хранения информации и для решения других разнообразных задач во всех областях науки и техники. Она стала мощным средством познания, многократно расширив возможности человеческого глаза, сделав доступным для наблюдения невидимые излучения, исчезающие слабые изображения, быстротекущие процессы, в том числе в физике микромира. Значительные результаты обеспечило применение научной фотографии в медицине, биологии, ядерной физике, картографии и военных исследованиях.

Использование увеличенных фотоизображений микроскопических объектов было одним из первых примеров применения фотографии в науке. Еще в 1837 Талбот использовал процесс калотипии и солнечную подсветку в микроскопе, а затем с 1839 Дж. Рид и А. Донне использовали для этих целей дагеротипию. Изобретателем микрофотографии считается Дж. Дансер, который изготовил ряд приборов для научной фотографии и впервые получил качественные микрофотографии на стекле. В 1866 К-С. и Дж.-А. Наше изготовили первый фотографический микроскоп. Дальнейшее развитие микрофотографии определилось совершенствованием приборов, особенно изобретением электронного микроскопа, и созданием специальных фотопленок. Первые электронные микрофотографии получил в 1934 Л . Мартон, а в 1937 впервые были опубликованы микрофотографии бактерий. В 1940-х годах получены изображения вирусов, тонкой структуры клеток и макромолекулярных кристаллов. В 1970 с помощью электронного микроскопа впервые сфотографированы отдельные атомы.

Эта область применения фотографии продолжает активно развиваться в связи с развитием цифровой фотографии. В настоящее время имеются специальные цифровые фотокамеры, прикрепляемые к микроскопу и дающие изображения высокого разрешения.

Существует несколько видов микроскопов, и изображения, получаемые ими, сильно различаются.

1) стереомикроскоп Стереомикроскопы — это микроскопы, предназначенные для исследования непрозрачных объектов с различной степенью отражающей способности и полупрозрачных объектов. С помощью стереомикроскопа производятся наблюдения объекта по методу светлого поля: на светлом поле мы наблюдаем объемное изображение контрастного однотонного или естественного цветного объекта.

Схема стереомикроскопа формируется исходя из сути бинокулярного зрения. Мы воспринимаем окружающий мир в трехмерном пространстве. Это достигается тем, что наши глаза наблюдают один и тот же объект под разными углами.

Флуоресцентный микроскоп

Флуоресценция является одной из разновидностей более общего явления — люминесценции: эмиссии ультрафиолетового, видимого или инфракрасного фотона из возбужденного вещества. Люминесценция — это «холодный свет», тогда как накаливание — «горячий свет». В соответствии с типом возбуждения классифицируются различные виды люминесцен- ции: фото-, радио-, хеми-, биолюми- несценция и т. д.

Флуоресценция возникает, когда вещество — флуорофор — находясь в возбужденном состоянии, испускает фотон. Флуоресцентный микроскоп является замечательным инструментом для исследования тонких (от десятых микрона до 5-8 микрон) флуоресцирующих препаратов, окрашенных одним или несколькими флуорофорами. Для получения наиболее чётких флуоресцентных изображений как тонких, так и толстых (до 100 мкм) препаратов необходимо использовать конфокальный микроскоп.

Лазерный сканирующий конфокальный микроскоп

Традиционная флуоресцентная микроскопия дает хорошие результаты при исследовании тонких объектов. Если же попытаться заглянуть в толщу препарата, изображение теряет контраст и становится размытым. Это происходит из-за того, что свет, излучаемый материалом выше и ниже интересующей наблюдателя плоскости, тоже попадает на детектор. Чтобы добиться четкой картины отдельной плоскости в толще образца, необходимо собрать свет только с этой плотности. Еще в 1961 Марвин Мински запатентовал «сканирующий микроскоп с двухстадийной фокусировкой».

В современном конфокальном микроскопе источник света (лазер) излучает возбуждающий свет, который проходит через возбуждающую диафрагму, формируя узкий пучок. Это позволяет выделить из всей толщи образца плоскость и зафиксировать её контрастное изображение. Если, перемещая образец вдоль аксиальной оси с известным шагом, получить серию оптических срезов, так называемый Z-stack, можно программными алгоритмами воссоздать на компьютере трёхмерную структуру образца. Эта возможность является главным достоинством конфокальной микроскопии. Наиболее часто встречающейся задачей для конфокальной микроскопии является изучение структуры клеток и их органоидов благодаря своему высокому разрешению и контрасту, например, цитоскелета, ядра, хромосом, или даже находящихся в них отдельных генов.

Новыми перспективными направлениями являются методики FRAP — Fluorescence Recovery After Photobleaching (Восстановление флуоресценции после фотовыжигания) и FRET — Fluorescence Resonance Energy Transfer (Передача энергии посредством флуоресцентного резонанса). FRAP применяется для исследования подвижности биоорганических молекул с помощью инициации фотохимического разложения флуорохрома в зоне облучения и последующего его рассоединения с молекулами. FRET применяется для определения расстояния между молекулами разных типов, их окружения и взаимодействия.

/Г.И.Штейн «Конфокальная микроскопия: мифы и реальность»/