Leerstof toets 1
- Week 1: H1, 4, 5 & 6
- Week 2: H7, 11, 12 & 16
- Week 3: H13 & 14
- Week 4: H15
- Week 5: H18
HC1 Light and electron microscopy
Grootte van
- Eicel mens: +/- 300 μm Max. menselijk oog
- Een cel: 20-30 μm
- Een celkern: 10 μm
- Mitochondrium: 1 μm Vergelijkbaar met bacterie
- 250 nm Max. lichtmicroscoop, nu tot 25 nm
- Eiwitten: 5-10 nm
- Blaasje: 100nm Dus er passen 100 eiwitten op een blaasje
- Atoom: 1 Ångström 10-10nm, max. elektronen microscoop
Resolutie
- De resolutie is de kleinste afstand waarop je twee punten nog steeds kan onderscheiden.
- Hoe kleiner het getal, hoe hoger de resolutie. Dit betekent dus dat resolutie niet een
lengte/afstand is, want dan zou een hoog getal slecht zijn en een laag getal goed, terwijl een
hoge resolutie goed is en een lage slecht. Om dit te omzeilen kan je in plaats van ‘hogere
resolutie’, ‘betere resolutie’ zeggen.
- Spatiele frequentie
o Resolutie is 1/lengte, zo is een hoge resolutie een groot getal, maar een kleine afstand
Voordelen lichtmicroscopie
- Elektron-microscopie heeft betere resolutie, maar lichtmicroscopie heeft een aantal voordelen
o Kan op levende cellen
▪ Je hoeft geen plakjes te maken van het sample, hebt geen vacuüm nodig en
licht is minder schadelijk voor het sample dan elektronen
o Mogelijk om moleculen en structuren aan te kleuren
▪ Een nadeel is dat het niet goed te bepalen is welke structuur nou precies aan
gekleurd is, hiervoor zou je beter elektronen microscopie kunnen gebruiken
om meer context te bieden. Dit is wel lastiger en duurder.
- Mooiste plaatjes krijg je wel met SEM, dit kan door coupes te maken van elke plak uit het
weefsel, maar makkelijker is nog om FIB-SEM te gebruiken. Hier gebruik je een Focussing Ion
Beam om een laagje weg te lazeren welke vervolgens met SEM gescand zal worden, waarna
een volgende laag verwijderd zal worden. Zo ontstaat een 3D afbeelding van het weefsel.
Geschiedenis van microscopie
- Begon met Zacharias Jansen, 20 jaar voor van Leeuwenhoek, die ontdekte dat je een
compound microscoop met twee lenzen (omgekeerde telescoop) kon gebruiken om dingen te
vergroten. Hiervoor heb je dus twee lenzen nodig. Antoni van Leeuwenhoek gebruikte één
lens, want het is lastig om twee lenzen te gebruiken die elkaar versterken. Hij was de vader
1
, van de microbiologie want hij ontdekte kleine beestjes in slootwater. Ook ontdekte hij
zaadcellen in sperma. Zo is de werking van voortplanting ontdekt.
Licht
- Licht is een elektromagnetische golf. De kleur correspondeert met de golflengte en kleur is dus
continu. Het heeft eigenschappen van deeltjes, maar ook van golfen.
o Golven:
▪ Kan een beeld produceren op een microscoop door interferentie en golflengte
o Deeltjes:
▪ Kan moleculen aanslaan door energie over te dragen in de vorm van pakketjes,
ofwel fotonen. Een foton heeft een bepaalde (discrete) hoeveelheid energie,
deze energie correspondeert ook met de golflengte.
- Maxwell ontdekte het bestaan van deze elektromagnetische golfen die ontstaan als je lading
laat oscilleren, deze hadden een propagatie snelheid gelijk aan de snelheid van licht, licht blijkt
dus een elektromagnetische straling te zijn.
- Het elektromagnetisch spectrum is veel groter dan alleen zichtbaar licht. Zo zijn er radiogolven
met een veel grotere golflengte, daarom moeten radiomasten ook zo lang zijn. Het nieuwe 5G
bijvoorbeeld, heeft echter een veel kleinere golflengte, en daarom ook een lager doordringend
vermogen. Om deze reden zullen er masten op elke straathoek moeten staan.
- Bij lichtmicroscopie gebruiken we alleen zichtbaar licht
o Kortere golflengtes zouden een hogere resolutie geven, maar deze hebben een veel
lager doordringend vermogen waardoor ze niet door glas, en dus de lenzen, heen
zouden komen. Langere golflengen maken de resolutie alleen maar slechter
- Door het golfkarakter van licht kunnen twee golven elkaar versterken wanneer ze in fase zijn.
Wanneer ze uit fase zijn is er sprake van destructieve interferentie en dimmen ze elkaar. Om
een scherpe afbeelding te krijgen is het dus nodig dat de golflengtes van licht zo overeen-
komen dat ze in fase lopen. Hoe kleiner deze golflengte, hoe kleiner het voorwerp kan zijn.
- Propagatie van licht is de richting waarin een lichtstraal zich voortbeweegt. Dit is anders dan
de oscillatie richting, wat bepaald in welke richting de lichtstraal golft, deze is vaak loodrecht
op de propagatie richting, maar kan ook circulair of zelfs random zijn. De propagatiesnelheid
is gelijk aan de lichtsnelheid doordat licht dus een vorm van elektromagnetische straling is
- Andere eigenschappen van licht
o Monochromatisch:
▪ Licht van dezelfde golflengte en dus ook kleur.
▪ Polychromatisch als licht met verschillende golflengtes en dus ook kleur heeft
o Lineair gepolariseerd:
▪ Lineaire oscillatie van licht, dus licht oscilleert in dezelfde richting.
▪ Wanneer niet-gepolariseerd: random oscillatierichtingen van licht
o Coherent
▪ Alle golven zijn in fase, bv. een lazer, waardoor je hoge intensiteit kan bereiken
▪ Niet-coherent als licht niet in fase propageert
o Gecollimeerd
▪ Alle lichtstralen bewegen rechtdoor
▪ Divergent als het licht verschillende
richtingen op gaat
Basiseigenschappen van licht
- Lichtsnelheid: 𝑐 = 𝑣 𝜆 = 3 𝑥 108 𝑚 𝑠 −1
2
, o 𝑣: frequentie (𝑠 −1 )
o 𝜆: golflengte (𝑐𝑚)
o 𝑐: snelheid
- Brekingsindex van een stof geeft aan hoeveel langzamer licht door deze stof heen beweegt
dan de lichtsnelheid, bv. 1,5 bij glas betekent dat licht hier 1,5x zo langzaam doorheen beweegt
ℎ𝑐
- Energie per foton: 𝐸 = ℎ 𝑣 = 𝜆
o ℎ: Plancks constante (6,62 𝑥 10−34 𝐽𝑠 = 6,62 𝑥 10−34 𝑚2 𝑘𝑔 𝑠 −1 )
Licht en materie interactie mogelijkheden
- De interactie van licht met materie kan tot verschillende
soorten interactie leiden, als gevolg van de golflengte van
licht en het oppervlak van de stof.
o Absorptie
▪ Licht wordt opgenomen in een ondoorzichtige stof
o Transmissie
▪ Licht kan worden doorgelaten in een transparante stof
o Reflectie
▪ Licht kan worden gereflecteerd in een reflectieve stof
o Diffractie en scattering
▪ Licht kan op een bepaalde manier worden verstrooid waardoor er een mooi
(diffractie) patroon ontstaat, je kan dan netjes uitrekenen wat er gebeurt op
basis van onze kennis van interferentie.
▪ Licht kan alle kanten op worden verstrooid waardoor er niks te voorspellen is,
dit gebeurt wanneer het licht op een inhomogeen oppervlak geschenen wordt
waardoor het lastig is om alle interacties goed uit te rekenen
o Fluorescentie
▪ Absorptie en emissie van verschillende golflengten en dus kleur
Licht detecteren en ontvangen
- Het oog kan intensiteit en kleur detecteren, maar niet fase verandering of polarisatie
o Intensiteit (I) = A2
▪ A: amplitude
o Contrast (C)
▪ 𝐶 = ∆𝐼/𝐼𝑏𝑔
▪ Geeft aan wat je kan onderscheiden ten opzichte van een vaste achtergrond
o Logaritmische detectie van intensiteiten
▪ Onze ogen zijn gemaakt om hele lage en hele hoge intensiteiten waar te
kunnen nemen, daarom wordt dit logaritmisch weergegeven (verschil tussen
1 en 10 is even groot als tussen 100 en 1000), want bij hoge intensiteiten is
het minder belangrijk om exacte waarden te kunnen bepalen dan bij lage.
- In het oog hebben wij in onze retina verschillende cellen om licht waar te nemen
o Rhodopsine (rod) cellen, ofwel staafjes
▪ 95% van alle receptoren, deze nemen intensiteit waar, geen kleur
▪ Hebben retinal nodig als cofactor, dit wordt verkregen uit vitamine A
• Over het algemeen zijn aminozuren niet in staat om licht waar te
nemen, tryptofaan is echter wel in staat licht te detecteren (280 nm)
3
, ▪ Rodopsine is dus niet in staat om licht op te vangen, maar door de retinol
cofactor kan deze dat wel. Hiervoor wordt het eiwit van configuratie
veranderd en zal retinol loslaten van rodopsine.
o Fotopsine cellen, ofwel kegeltjes
▪ 5% van alle receptoren, voornamelijk in de gele vlek (fovea), nemen kleur waar
▪ Hebben ook retinal nodig als cofactor, maar door drie varianten hiervan zijn
er drie verschillende kleuren die waargenomen kunnen worden.
Kleur detectie
- Licht kleuren
o Additieve kleuren
o Op basis van golflengte, kleur die waargenomen wordt komt door manier waarop ons
oog de verschillende golflengtes opvangt
- Verf
o Substantieve kleuren
o Pigment vangt het licht weg, als je groen wil hebben vang je alle kleuren weg door ze
te absorberen, behalve groen
HC2 Basic optics H4&5
Reflectie van licht gebeurt op reflectieve, transparante oppervlaktes.
Hierbij is de invallende hoek van licht gelijk aan de uitvallende hoek
(ten opzichte van de normaal). De hoeveelheid licht die gebroken
wordt en de hoeveelheid die weerspiegeld wordt is afhankelijk van de
invalshoek. Hoe groter de invalshoek, hoe meer weerspiegeling.
Refractie vindt plaats wanneer licht op een ander
transparant oppervlak valt. Het zorgt ervoor dat de
propagatie richting veranderd volgens de wet van Snellius.
De wet van Snellius
- 𝑛1 𝑠𝑖𝑛θ𝑖 = 𝑛2 𝑠𝑖𝑛θ𝑟
o 𝑛 is de brekingsindex
o 𝑛𝑎𝑖𝑟 = 1
o 𝑛𝑙𝑢𝑐ℎ𝑡 = 1,515
- Deze wet geeft dat wanneer je van een lage naar een
hoge brekinsindex gaat, dat de uitvallende hoek kleiner
zal worden, om beide kanten van de formule gelijk te
houden. Wanneer je van een grote brekingsindex naar
een kleinere gaat zal de hoek dus groter worden.
- Wanneer licht een ander medium met hogere
brekingsindex binnentreedt zal het vertragen
o Lichtsnelheid: 𝑐 = 𝑣 𝜆
- Om de snelheid te laten veranderen, verandert de golflengte, de frequentie blijft gelijk.
- Wanneer licht van medium 1 naar medium 2 gaat is er altijd sprake van reflectie
o Bij een kleine invallende hoek zal dit een klein beetje reflectie opleveren, bij een
grotere invallende hoek zal dit meer reflectie opleveren
4
