अदृश्य जगाचे कुतूहल -१.२

 अदृश्य जगाचे कुतूहल -१.२

सूक्ष्मदर्शिका -०३

***इन्व्हर्टेड मायक्रोस्कोप

१८५० साली अमेरिकेतील लुइझियाना युनिव्हर्सिटी (आजची Tulane University) मध्ये केमिस्ट्रीचे प्रोफेसर जे. लॉरेन्स स्मिथ (J. Lawrence Smith, १८१८-१८८३) यांनी इन्व्हर्टेड मायक्रोस्कोप चा शोध लावला! त्यावेळी सामान्य मायक्रोस्कोपमध्ये ऑब्जेक्टिव्ह लेन्स वर असत आणि कंडेन्सर खाली – पण स्मिथ यांना सूक्ष्म रासायनिक प्रयोग करताना समस्या येत होती: रसायनांच्या वाफा ऑब्जेक्टिव्ह लेन्सवर बसून दिसणे खराब होत होते, आणि स्पेस कमी पडत होता.

त्यांनी उलटे केले – लाइट सोर्स आणि कंडेन्सर वर (सॅम्पलच्या वर), ऑब्जेक्टिव्ह लेन्स खाली (सॅम्पलच्या खाली)! हे पहिले इन्व्हर्टेड मायक्रोस्कोप १८५२ च्या वर्ल्ड फेअरमध्ये दाखवले गेले. यामुळे पहिल्यांदाच जिवंत आणि मोठ्या सॅम्पल्स (जसे फ्लास्क किंवा डिशमध्ये) दिसू लागले – पूर्वी सगळे सॅम्पल छोटे आणि स्लाइडवर फिक्स करावे लागत होते!

स्मिथ यांच्या पेपरमध्ये ते म्हणतात: "रसायनांच्या वाफांनी ऑब्जेक्टिव्ह खराब होत होते, म्हणून मी उलटे केले!" – ही एक छोटीशी समस्या सोडवण्यातून मोठी क्रांती झाली!

हा कशासाठी वापरतात? (खास जादू) जिवंत पेशींची मजा: समजा तुम्हाला एका बाटलीमध्ये वाढणाऱ्या जिवंत पेशी पाहायच्या आहेत. साध्या मायक्रोस्कोपमध्ये ते शक्य नाही, कारण बाटली लेन्सच्या खाली बसणार नाही. पण इन्व्हर्टेड मायक्रोस्कोपमध्ये तुम्ही पूर्ण बाटली किंवा पेट्री डिश तशीच ठेवून खालून पेशींचा 'लाईव शो' पाहू शकता. IVF आणि टेस्ट ट्यूब बेबी: जेव्हा लॅबमध्ये शुक्राणू आणि अंड्याचे मिलन घडवून आणले जाते, तेव्हा अत्यंत बारीक सुया वापरून काम करावे लागते. वरून जागा मोकळी असल्यामुळे शास्त्रज्ञ आरामात हे काम करू शकतात.

अल्ट्रामायक्रोस्कोप 

झ्सिग्मोंडी यांनी अल्ट्रामायक्रोस्कोप विकसित केला यात प्रकाश साइडने (डार्क फील्ड इल्यूमिनेशन) टाकला जातो, ज्यामुळे छोटे कण प्रकाश विखुरतात आणि चमकतात (टिंडल इफेक्ट)! यामुळे ४ नॅनोमीटरपर्यंतचे कण दिसू लागले – ऑप्टिकल मायक्रोस्कोपची मर्यादा पार करून! कोलॉइड्सचा शोध  -कोलॉइड्स माध्यमात बारीक विखुरलेले लहान कण यावर संशोधन केले. दूध हे कोलाइडल सिस्टमचे उदाहरण आहे: त्याचा पांढरा रंग पाण्यातील लहान चरबीच्या थेंबांद्वारे प्रकाशाच्या विखुरण्यामुळे होतो. अशा प्रकारे झ्सिग्मोंडी हे पहिल्या "नॅनोटेक्नॉलॉजिस्ट" पैकी एक होते. उदाहरणार्थ, त्यांच्या शोधांमुळे त्यांना नवीन प्रकारचे रंगीत काचेचे काच तयार करता आले. १९२५ मध्ये, त्यांच्या कोलाइड संशोधनासाठी त्यांना रसायनशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक मिळाले.

मुख्य कार्य तत्त्व: डार्क फील्ड इल्यूमिनेशन + टिंडल इफेक्ट (Tyndall Effect)

सामान्य मायक्रोस्कोपमध्ये प्रकाश खालून वर येतो आणि सॅम्पलमधून जातो (ट्रान्समिटेड लाइट).

अल्ट्रामायक्रोस्कोपमध्ये मात्र प्रकाश साइडने (९० अंशात) टाकला जातो – एक तीव्र आणि फोकस्ड लाइट बीम (अनेकदा सूर्यप्रकाश किंवा आर्क लॅम्पचा) सॅम्पलवर लंबकोनात पडतो.

हे प्रकाश सॅम्पलमधून सरळ जात नाही, तर फक्त सूक्ष्म कण प्रकाश विखुरतात (scatter) आणि ते विखुरलेले प्रकाश डोळ्याकडे किंवा ऑब्झर्व्हेशन लेन्सकडे येतो.

पार्श्वभूमी पूर्णपणे काळी (डार्क फील्ड) राहते, आणि छोटे कण चमकणारे तारे किंवा ठिपके म्हणून दिसतात – जसे रात्रीच्या आकाशात तारे!

हे टिंडल इफेक्ट वर आधारित आहे: जेव्हा प्रकाश कोलॉइडल सॉल्यूशनमधून जातो, तेव्हा छोटे कण प्रकाश विखुरतात आणि मार्ग दिसतो (जसे धुकेात कारच्या हेडलाइट्सचा बीम).

***********************

फेज काँट्रास्ट मायक्रोस्कोप 

फ्रिट्स झर्निके (Frits Zernike) हे डच भौतिकशास्त्रज्ञ होते, ज्यांनी १९३० च्या दशकात फेज काँट्रास्ट मायक्रोस्कोप शोधला आणि १९५३ मध्ये भौतिकशास्त्रातील नोबेल पुरस्कार जिंकला.

१९३० साली, फ्रिट्स डिफ्रॅक्शन ग्रेटिंग (प्रकाश विखुरणारे ग्रिड) वर संशोधन करत होते. ते एका पूर्ण काळ्या रंगाने रंगवलेल्या ऑप्टिकल लॅबमध्ये एका संध्याकाळी प्रयोग करत होते. अचानक त्यांना घोस्ट लाइन्स (भूत लाइन्स) दिसल्या – मुख्य लाइनच्या डावीकडे आणि उजवीकडे असलेल्या हलक्या लाइन्स! त्यांनी तपासले आणि समजले की या लाइन्सचा फेज (प्रकाशाच्या लाटेची स्थिती) मुख्य लाइनपेक्षा ९० डिग्री वेगळा आहे!

हे फेज काँट्रास्ट तत्त्व होते! प्रकाश पारदर्शक वस्तूतून जाताना फक्त फेज बदलतो, पण आमच्या डोळ्याला तो दिसत नाही. फ्रिट्सने हे फेज बदल वापरून काँट्रास्ट वाढवण्याची कल्पना केली. १९३२-३३ मध्ये त्यांनी हे मायक्रोस्कोपसाठी लागू केले. पारदर्शक जीवित पेशी (जसे अमीबा, स्पर्म) स्टेनिंगशिवाय मरून जातात, पण फेज काँट्रास्टने त्या जिवंत राहून स्पष्ट दिसू लागल्या – काळ्या-पांढऱ्या काँट्रास्टमध्ये!

फ्रिट्सने १९३३ मध्ये वॅगेनिंगेन येथील एका काँग्रेसमध्ये हे सादर केले. पण झाइस कंपनीने सुरुवातीला हे गंभीरपणे घेतले नाही! ते म्हणाले, "जर हे उपयुक्त असेल तर आम्ही स्वतः शोधले असते!" पण दुसऱ्या महायुद्धात जर्मन सेनाने (Wehrmacht) हे युद्धासाठी उपयुक्त असल्याने १९४१ मध्ये उत्पादन सुरू केले. युद्धानंतर हे जगभर प्रसिद्ध झाले!

फेज काँट्रास्टमुळे जीवित पेशींच्या आतील हालचाली पहिल्यांदाच स्पष्ट दिसल्या – कॅन्सर संशोधन ते जीवशास्त्र बदलले!