กล้องจุลทรรศน์

กล้องจุลทรรศน์ กล้องจุลทรรศน์ เป็นอุปกรณ์สำหรับมองดูวัตถุที่มีขนาดเล็กเกินกว่ามองเห็นด้วยตาเปล่า ศาสตร์ที่มุ่งสำรวจวัตถุขนาดเล็กโดยใช้เครื่องมือดังกล่าวนี้ เรียกว่า จุลทรรศนศาสตร์(microscopy)

กล้องจุลทรรศน์ของโรเบิร์ต ฮุก

เดิมการศึกษาวัตถุที่มีขนาดเล็กมากใช้เพียงแว่นขยายและเลนส์อันเดียวส่องดู เช่นเดียวกับการใช้แว่นขยายส่องดูลายมือ ช่วงปี พ.ศ. 2133 แซคาเรียส แจนเซน ช่างทำแว่นชาวดัตช์ ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ประกอบ ประกอบด้วยแว่นขยายสองอัน ต่อมากาลิเลโอ กาลิเลอีได้สร้างแว่นขยายส่องดูสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ ในปี พ.ศ. 2208 รอเบิร์ต ฮุกได้ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ประกอบที่มีลำกล้องรูปร่างสวยงาม ป้องกันการรบกวนจากแสงภายนอกได้ และไม่ต้องถือเลนส์ให้ซ้อนกัน

เขาส่องดูไม้คอร์กที่ฝานบาง ๆ แล้วพบช่องเล็ก ๆ มากมาย เขาเรียกช่องเหล่านั้นว่าเซลล์ ซึ่งหมายถึงห้องว่าง ๆ หรือห้องขัง เซลล์ที่ฮุกเห็นเป็นเซลล์ที่ตายแล้ว เหลือแต่ผนังเซลล์ของพืชซึ่งแข็งแรงกว่าเยื่อหุ้มเซลล์ในสัตว์ จึงทำให้คงรูปร่างอยู่ได้ ฮุกจึงได้ชื่อว่าเป็นผู้ที่ตั้งชื่อเซลล์

ในปี พ.ศ. 2215 อันโตนี ฟัน เลเวินฮุก ชาวดัตช์ สร้างกล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์เดียวจากแว่นขยายที่เขาฝนเอง แว่นขยายบางอันขยายได้ถึง 270 เท่า เขาใช้กล้องจุลทรรศน์ตรวจดูหยดน้ำจากบึงและแม่น้ำ และจากน้ำฝนที่รองไว้ในหม้อ เห็นสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ มากมาย นอกจากนี้ เขายังส่องดูสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ เช่น เม็ดเลือดแดง, กล้ามเนื้อ เป็นต้น เมื่อเขาพบสิ่งเหล่านี้ เขารายงานไปยังราชสมาคมแห่งกรุงลอนดอน จึงได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์

พ.ศ. 2367 ดูโธรเชต์ นักพฤกษศาสตร์ชาวฝรั่งเศสศึกษาเนื้อเยื่อพืช และสัตว์พบว่าประกอบด้วยเซลล์ พ.ศ. 2376 โรเบิร์ต บราวน์ นักพฤกษศาสตร์ชาวอังกฤษ เป็นค้นแรกที่พบว่าเซลล์และพืชมีนิวเคลียสเป็นก้อนกลมๆ อยู่ภายในเซลล์ พ.ศ. 2378 นุก นะดือจาร์แดง นักสัตวศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ศึกษาจุลินทรีย์และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ พบว่าภายในประกอบด้วยของเหลวใส ๆ จึงเรียกว่า ซาร์โคด ซึ่งเป็นภาษาฝรั่งเศสมาจากศัพท์กรีกว่า ซารค์ (Sarx) ซึ่งแปลว่าเนื้อ

พ.ศ. 2381 มัททิอัส ชไลเดน นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมัน ศึกษาเนื้อเยื่อพืชชนิดต่าง ๆ พบว่าพืชทุกชนิดประกอบด้วยเซลล์ พ.ศ. 2382 ชไลเดนและทีโอดอร์ ชวาน จึงร่วมกันตั้งทฤษฎีเซลล์ ซึ่งมีใจความสรุปได้ว่า "สิ่งมีชีวิตทุกชนิดประกอบไปด้วยเซลล์และผลิตภัณฑ์จากเซลล์" พ.ศ. 2382 ปูร์กิเญ นักสัตวิทยาชาวเชโกสโลวาเกีย ศึกษาไข่และตัวอ่อนของสัตว์ชนิดต่าง ๆ พบว่าภายในมีของเหลวใส เหนียว อ่อนนุ่มเป็นวุ้น เรียกว่าโพรโทพลาสซึม

ต่อจากนั้นมีนักวิทยาศาสตร์อีกมากมายทำการศึกษาเกี่ยวกับเซลล์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ประกอบ และได้พัฒนาให้ดียิ่งขึ้น จนกระทั่งปี พ.ศ. 2475 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันคือแอนสท์ รัสกาและมักซ์ นอลล์ ได้เปลี่ยนแปลงกระบวนการของกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้แสงและเลนส์มาใช้ลำอิเล็กตรอน ทำให้เกิดกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนขึ้นในระยะต่อ ๆ มา ปัจจุบันมีกำลังขยายกว่า 5 แสนเท่า

ชนิดของกล้องจุลทรรศน์ กล้องจุลทรรศน์สามารถแบ่งออกเป็นประเภทใหญ่ ๆ ได้ 2 ประเภท คือ กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (optical microscopes) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (electron microscopes) ชนิดที่พบได้มากที่สุด คือชนิดที่ประดิษฐ์ขึ้นเป็นครั้งแรก เรียกว่า กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง เป็นอุปกรณ์ใช้แสงอย่างหนึ่ง มีเลนส์อย่างน้อย 1 ชิ้น เพื่อทำการขยายภาพวัตถุที่วางในระนาบโฟกัสของเลนส์นั้น ๆ

กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง Light microscope เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่พบอยู่ทั่วไป โดยเวลาส่องดูจะเห็นพื้นหลังเป็นสีขาว และจะเห็นเชื้อจุลินทรีย์มีสีเข้มกว่า Stereo microscope เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่ส่องดูสิ่งมีชีวิตที่ไม่เล็กมาก ส่องดูเป็น 3 มิติ ส่วนใหญ่จะใช้ในการศึกษาแมลง Dark field microscope เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่มีพื้นหลังเป็นสีดำ เห็นเชื้อจุลินทรีย์สว่าง เหมาะสำหรับใช้ส่องจุลินทรีย์ที่มีขนาดเล็กที่ติดสียาก

Fluorescence microscope ใช้แหล่งกำเนิดแสงเป็นอัลตราไวโอเลต ส่องดูจุลินทรีย์ที่ย้อมด้วยสารเรืองแสง ซึ่งเมื่อกระทบกับแสง UV จะเปลี่ยนเป็นแสงช่วงที่มองเห็นได้ แล้วแต่ชนิดของสารที่ใช้ พื้นหลังมักมีสีดำ

Phase contrast microscope ใช้สำหรับส่องเชื้อจุลินทรีย์ที่ยังไม่ได้ทำการย้อมสี จะเห็นชัดเจนกว่า Light microscope

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (Electron microscope) เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่มีกำลังการขยายสูงมาก เพราะใช้ลำแสงอิเล็กตรอนแทนแสงปกติและใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าแทนเลนส์แก้ว เป็นกล้องที่ใช้ในการศึกษาโครงสร้าง และส่วนประกอบของเซลล์ ได้อย่างละเอียด ที่กล้องชนิดอื่นไม่สามารถทำได้ มีกำลังขยาย 1,600 เท่า

ส่วนประกอบของกล้องจุลทรรศน์ ฐาน (Base) เป็นส่วนที่ใช้วางบนโต๊ะ ทำหน้าที่รับน้ำหนักทั้งหมดของกล้องจุลทรรศน์ มีรูปร่างสี่เหลี่ยม หรือวงกลม ที่ฐานจะมีปุ่มสำหรับปิดเปิดไฟฟ้า แขน (Arm) เป็นส่วนเชื่อมตัวลำกล้องกับฐาน ใช้เป็นที่จับเวลาเคลื่อนย้ายกล้องจุลทรรศน์ ลำกล้อง (Body tube) เป็นส่วนที่ปลายด้านบนมีเลนส์ตา ส่วนปลายด้านล่างติดกับเลนส์วัตถุ ซึ่งติดกับแผ่นหมุนได้ เพื่อเปลี่ยนเลนส์ขนาดต่าง ๆ ติดอยู่กับจานหมุนที่เรียกว่า Revolving Nosepiece

ปุ่มปรับภาพหยาบ (Coarse adjustment) ทำหน้าที่ปรับภาพโดยเปลี่ยนระยะโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ (เลื่อนลำกล้องหรือแท่นวางวัตถุขึ้นลง) เพื่อทำให้เห็นภาพชัดเจน ปุ่มปรับภาพละเอียด (Fine adjustment) ทำหน้าที่ปรับภาพ ทำให้ได้ภาพที่ชัดเจนมากขึ้น เลนส์ใกล้วัตถุ (Objective lens) เป็นเลนส์ที่อยู่ใกล้กับแผ่นสไลด์ หรือวัตถุ ปกติติดกับแป้นวงกลมซึ่งมีประมาณ 3-4 อัน แต่ละอันมีกำลังบอกเอาไว้ เช่น x3.2, x4, x10, x40 และ x100 เป็นต้น ภาพที่เกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุเป็นภาพจริงหัวกลับ

เลนส์ใกล้ตา (Eye piece) เป็นเลนส์ที่อยู่บนสุดของลำกล้อง โดยทั่วไปมีกำลังขยาย 10x หรือ 15x ทำหน้าที่ขยายภาพที่ได้จากเลนส์ใกล้วัตถุให้มีขนาดใหญ่ขึ้น ทำให้เกิดภาพที่ตาผู้ศึกษาสามารถมองเห็นได้ โดยภาพที่ได้เป็นภาพเสมือนหัวกลับ เลนส์รวมแสง (Condenser) ทำหน้าที่รวมแสงให้เข้มขึ้นเพื่อส่งไปยังวัตถุที่ต้องการศึกษา

เลนส์รวมแสง (Condenser) ทำหน้าที่รวมแสงให้เข้มขึ้นเพื่อส่งไปยังวัตถุที่ต้องการศึกษา กระจกเงา (Mirror) ทำหน้าที่สะท้อนแสงจากธรรมชาติหรือแสงจากหลอดไฟภายในห้องให้ส่องผ่านวัตถุโดยทั่วไปกระจกเงามี 2 ด้าน ด้านหนึ่งเป็นกระจกเงาเว้า อีกด้านเป็นกระจกเงาระนาบ สำหรับกล้องรุ่นใหม่จะใช้หลอดไฟเป็นแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งสะดวกและชัดเจนกว่า ไดอะแฟรม (Diaphragm) อยู่ใต้เลนส์รวมแสงทำหน้าที่ปรับปริมาณแสงให้เข้าสู่เลนส์ในปริมาณที่ต้องการ

แท่นวางวัตถุ (Speciment Stage) เป็นแท่นใช้วางแผ่นสไลด์ที่ต้องการศึกษา ที่หนีบสไลด์ (Stage Clip) ใช้หนีบสไลด์ให้ติดอยู่กับแท่นวางวัตถุ ในกล้องรุ่นใหม่จะมี Mechanical stage แทนเพื่อควบคุมการเลื่อนสไลด์ให้สะดวกยิ่งขึ้น จานหมุน (Revolving nosepiece)  ใช้หมุนเมื่อต้องการเปลี่ยนกำลังขยายของเลนส์ใกล้วัตถุ

แท่นวางวัตถุ (Speciment Stage) เป็นแท่นใช้วางแผ่นสไลด์ที่ต้องการศึกษา ที่หนีบสไลด์ (Stage Clip) ใช้หนีบสไลด์ให้ติดอยู่กับแท่นวางวัตถุ ในกล้องรุ่นใหม่จะมี Mechanical stage แทนเพื่อควบคุมการเลื่อนสไลด์ให้สะดวกยิ่งขึ้น จานหมุน (Revolving nosepiece)  ใช้หมุนเมื่อต้องการเปลี่ยนกำลังขยายของเลนส์ใกล้วัตถุ

ขั้นตอน การใช้กล้องจุลทรรศน์ ขั้นที่ 1 วางสไลด์ที่ต้องการส่องบนแท่นวางสไลด์ เปิดไฟกล้องจุลทรรศน์ ควรให้จุดวงกลมของแสงอยู่ตรงกลางใกล้เคียงกับบริเวณที่ต้องการส่องมากที่สุด

ขั้นที่ 2 ปรับระยะห่างระหว่างตา สำหรับกล้องชนิด 2 ตา ปรับหาระยะห่างระหว่างตา (Interpupillary distance) และปรับ Diopter ที่ตาข้างใดข้างหนึ่ง เพื่อให้ระยะโฟกัสที่เท่ากัน ในกรณีผู้ใช้งานสวมแว่นให้ทำการถอดแว่นออก กล้องจุลทรรศน์สามารถปรับหาโฟกัสโดยไม่ต้องส่วมแว่นได้

ขั้นที่ 3 ปรับโฟกัส หาระยะโฟกัสที่ชัดที่สุด โดยเริ่มจากเลนส์วัตถุที่ขนาดกำลังขยายต่ำสุดก่อน จากนั้นค่อยเพิ่มกำลังขยายให้สูงขึ้น โดยปรับปุ่มปรับภาพหยาบ (Coarse adjustment knob) เนื่องจากเลนส์กำลังขยายต่ำสุดจะเป็นเลนส์ที่เห็นภาพกว้างที่สุด ทำให้ง่ายในการหาจุดที่จะส่อง การเริ่มที่กำลังขยายสูงทำให้มองเห็นไม่คลอบคลุมหรือทำให้ยากต่อการหาวัตถุที่จะส่อง

ขั้นที่ 4 ปรับละเอียด เมื่อปรับภาพหยาบจนพอมองเห็นภาพให้ทำการปรับด้วยปุ่มปรับภาพแบบละเอียด (Fine adjustment knob) ควบคู่กับการเลื่อนสไลด์

ขั้นที่ 5 ปรับปริมาณแสง โดยปรับที่ไดอะแฟรม (Diaphragm) ใต้แท่นวางสไลด์เพื่อควบคุมแสงในปริมาณที่พอเหมาะ การลดความกว้างของไดอะแฟรมลงเมื่อกำลังขยายสูงขึ้น

 ขั้นที่ 6 ปรับกำลังขยายให้สูงขึ้น เมื่อไม่ขนาดของวัตถุที่ส่องมีขนาดเล็กจนไม่สามารถมองเห็นได้ให้ปรับกำลังขยายให้สูงขึ้น โดยเลนส์ 100X ควรใช้ Immersion Oil หยดลงบนกระจกปิดสไลด์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการมองเห็นด้วย โดยให้เลนส์สำผัสกับ Immersion Oil และกระจกปิดสไลด์ สำหรับกำลังขยาย 40X และ 100X แนะนำให้ใช้การปรับโฟกัสเฉพาะปุ่มปรับละเอียดอย่างระมัดระวัง เพราะการกระทบกันของสไลด์และเลนส์สามารถสร้างความเสียหายให้กับเลนส์ได้

ขั้นที่ 7 เก็บทำความสะอาด เมื่อใช้งานเสร็จให้เก็บโดยใช้ถุงคลุมหรือเก็บไว้ในที่ที่ไม่มีฝุ่น และความชื้นต่ำ โดยเช็ดทำความสะอาดด้วยกระดาษเช็ดเลนส์หรือน้ำยาสำหรับเช็ดเลนส์