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Sauter à un chapitre clé
Il existe de nombreux autres microscopes utilisés dans les laboratoires ; les microscopes optiques et électroniques n'en sont que deux exemples ! Les microscopes à rayons X, les microscopes à sonde à balayage et les microscopes acoustiques à balayage sont d'autres types de microscopes.
Grossissement et résolution du microscope
Deux facteurs sont extrêmement importants lorsqu'on observe une structure à l'aide d'un microscope :
- Le grossissement
- La résolution
Legrossissement désigne l'ampleur de l'agrandissement d'un objet.
Larésolution décrit la capacité d'un microscope à distinguer deux points proches (objets) l'un de l'autre, c'est-à-dire à voir les détails.
Le grossissement peut être calculé à l'aide de l'équation suivante :
Grossissement =
Tu peux aussi réarranger l'équation en conséquence pour trouver ce que tu cherches.
Supposons que nous voulions calculer la longueur réelle d'une cellule de joue. Nous utilisons un grossissement de 12 500X et la longueur de la cellule de joue sous le microscope est de 10 mm.
Convertissons d'abord 10 mm en µm, soit 10 000 µm(rappelle-toi que 1 mm = 1 000 µm).
Réarrangeons maintenant notre équation pour calculer la longueur réelle. Cela nous donne la longueur de l'image/du grossissement. Lorsque nous insérons nos valeurs dans l'équation de réarrangement, cela nous donne :
Longueur réelle = 10 000/12 500 = 0,8 µm.
Les microscopes optiques ont une capacité plus faible à grossir les objets sans affecter la résolution. Le grossissement d'un microscope optique peut atteindre 1 000 à 1 500X. Si l'on compare ces valeurs à celles des microscopes électroniques, le grossissement peut atteindre 1 000 000X !
En ce qui concerne la résolution, les microscopes optiques ne peuvent atteindre que 200 nm, alors que les microscopes électroniques peuvent atteindre un impressionnant 0,2 nm. Quelle différence !
Schéma d'un microscope optique
Les microscopes optiques grossissent les objets en utilisant deux lentilles biconcaves qui manipulent la lumière tombant dans les lentilles, ce qui les fait paraître plus gros. La lumière est manipulée par une série de lentilles en verre qui vont focaliser le faisceau de lumière sur ou à travers un objet spécifique.
Fig. 1 - Les différentes parties d'un microscope optique
Les différentes parties d'un microscope optique
Bien que les microscopes optiques puissent avoir des parties légèrement différentes selon les modèles et les fabricants, ils contiennent tous les caractéristiques générales suivantes.
La platine
C'est la plate-forme sur laquelle tu placeras ton spécimen (généralement sur une lame de verre). Tu peux positionner le spécimen en place en utilisant les clips de maintien de la platine.
Un spécimen désigne un organisme vivant (ou anciennement vivant) ou une partie d'un organisme vivant utilisé pour l'étude et l'exposition scientifiques.
Objectif
Les lentilles d'objectif vont rassembler la lumière réfléchie par ton spécimen pour grossir l'image.
Oculaire (avec lentilles oculaires)
C'est le point à partir duquel tu observes ton image. L'oculaire contient des lentilles oculaires, et cela permet de grossirl'image qui est produite par l'objectif.
Boutons de réglage grossier et fin
Tu peux régler la mise au point de ton image agrandie à l'aide des boutons de réglage grossier et fin situés sur le microscope.
La source lumineuse
La source de lumière, aussi souvent appelée illuminateur, fournit une lumière artificielle pour éclairer ton spécimen. Tu peux utiliser le contrôle de l'intensité de la lumière pour régler la force du faisceau lumineux.
Types de microscopes électroniques (EM)
Contrairement aux microscopes optiques, les microscopes électroniques utilisent des faisceaux d'électrons pour agrandir l'image des spécimens. Il existe deux principaux types de microscopes électroniques :
- le microscope électronique à transmission (TEM)
- Microscope électronique à balayage (SEM)
Microscope électronique à transmission (TEM)
Le MET est utilisé pour générer des images en coupe transversale des spécimens à haute résolution (jusqu'à 0,17 nm) et avec un fort grossissement (jusqu'à x 2 000 000).
Fig. 2 - Parties du microscope électronique à transmission
Jette un coup d'œil à la figure 2 pour te familiariser avec les différentes parties du MET.
Des électrons sous haute tension sont envoyés par un canon à électrons situé au sommet de l'appareil et traversent un tube à vide. Au lieu d'utiliser une simple lentille de verre, le MET utilise une lentille électromagnétique capable de concentrer les électrons en un faisceau extrêmement fin. Le faisceau se diffuse ou frappe l'écran fluorescent situé au bas du microscope. Différentes parties de l'échantillon apparaissent sur l'écran en fonction de leur densité et des photos peuvent être prises à l'aide de l'appareil photo installé près de l'écran fluorescent.
L'échantillon étudié doit être extrêmement fin lors de l'utilisation de la MET. Pour ce faire, les échantillons subissent une préparation spéciale avant d'être coupés à l'aide d'un ultramicrotome, qui est un appareil utilisant un couteau en diamant pour générer des sections ultrafines.
La taille d'une mitochondrie est comprise entre 0,5 et 3 um, ce qui est visible au microscope optique. Pour voir l'intérieur d' une mitochondrie, tu as besoin d'un microscope électronique.
Microscope électronique à balayage (SEM)
Le MEB et le MET sont similaires à certains égards car ils utilisent tous deux une source d'électrons et des lentilles électromagnétiques. Cependant, la principale différence réside dans la façon dont ils créent leurs images finales. Le MEB détecte les électrons réfléchis ou "éteints", tandis que le MET utilise les électrons transmis pour montrer une image.
Le MEB est souvent utilisé pour montrer la structure en 3D de la surface d'un spécimen, tandis que la MET sera utilisée pour montrer l'intérieur (comme l'intérieur d'une mitochondrie mentionnée plus haut).
Le pollen de fleur a un diamètre d'environ 10 à 70 µm (selon l'espèce). Tu penses peut-être pouvoir le voir à l'œil nu, mais ce que tu verras, ce sont des grappes aléatoires. Les grains de pollen individuels sont beaucoup trop petits pour être vus à l'œil nu ! Bien que tu puisses voir des grains individuels au microscope optique, tu ne pourras pas voir la structure de la surface.
Au microscope électronique à balayage, le pollen peut apparaître sous différentes formes et présenter une surface rugueuse variée. Jette un coup d'oeil à la Fig. 3.
Fig. 3 - Pollen de plantesà fleurs communes .
Préparation de l'échantillon pour la microscopie
Ton échantillon doit être préparé avec soin pour que le microscope de ton choix produise correctement une image agrandie.
Préparation pour la microscopie optique
En microscopie optique, les deux principales façons de préparer ton échantillon sont les montages humides et les échantillons fixés. Pour préparer un montage humide, l'échantillon est simplement placé sur une lame de verre, et une goutte d'eau est ajoutée (souvent, une lamelle couvre-objet est placée sur le dessus pour le fixer). Pour les spécimens fixés, ton échantillon est fixé à la lame à l'aide de chaleur ou de produits chimiques et la lamelle couvre-objet est placée sur le dessus. Pour utiliser la chaleur, le spécimen est placé sur la lame qui est doucement chauffée au-dessus d'une source de chaleur, comme un bec Bunsen. Pour fixer chimiquement ton échantillon, tu peux ajouter des réactifs tels que l'éthanol et le formaldéhyde.
Fig. 4 - Un bec Bunsen
Préparation pour la microscopie électronique
En microscopie électronique, la préparation de l'échantillon est plus difficile. Au départ, l'échantillon doit être fixé chimiquement et déshydraté pour devenir stable. Cela doit être fait le plus rapidement possible lorsqu'il est retiré de son environnement (où un organisme a vécu ou, s'il s'agit d'une cellule, du corps d'un organisme) afin d'éviter toute modification de sa structure (par exemple, des changements dans les lipides et la privation d'oxygène). Au lieu de fixer les échantillons, on peut aussi les congeler, ce qui permet à l'échantillon de retenir l'eau.
Par ailleurs, les étapes de préparation du MEB et de la MET sont différentes après la fixation/congélation initiale. Pour la MET, les échantillons sont suspendus dans de la résine, ce qui facilite le découpage en fines coupes transversales à l'aide d'un ultramicrotome. Les échantillons sont également traités avec des métaux lourds pour augmenter le contraste de l'image. Les régions de ton échantillon qui ont facilement absorbé ces métaux lourds apparaîtront plus foncées sur l'image finale.
Comme le MEB produit une image de la surface d'un spécimen, les échantillons ne sont pas coupés mais plutôt recouverts de métaux lourds, tels que l'or ou l'or-palladium. Sans cette couche, les échantillons peuvent commencer à accumuler trop d'électrons, ce qui entraîne des artefacts dans ton image finale.
Lesartefacts décrivent des structures dans ton échantillon qui ne représentent pas la morphologie normale. Ces artefacts sont produits pendant la préparation de l'échantillon.
Champ de vision des microscopes
Le champ de vision (FOV) d'un microscope décrit la zone observable dans tes lentilles oculaires. Voyons quelques exemples de champs de vision avec différents spécimens (Fig. 5 et 6).
Fig. 5 - Un aplacophore.
Fig. 6 - Un ostracode.
Découvrons qui se trouve sur les Fig. 5 et 6 ! Ces organismes particuliers proviennent d'échantillons benthiques d'eaux profondes de l'Angola qui ont été obtenus à l'aide d'une benne (Fig. 7).
La figure 5 montre un aplacophoran qui, à première vue, ressemble à un ver poilu. Cependant, il s'agit en fait d'un mollusque, ce qui signifie qu'il est apparenté aux calmars et aux pieuvres ! Les aplocophores ne sont pas très connus car ils vivent dans les profondeurs. La plupart d'entre eux peuvent atteindre une longueur d'environ 5 cm (voire 30 cm pour certaines espèces).
La figure 6 montre un ostracode (crevette à graines), qui ressemble à un bivalve mais qui est en fait un crustacé. Cela signifie qu'ils sont apparentés aux crabes et aux homards. Elles sont extrêmement petites et ne dépassent généralement pas 1 mm. Leur chair, qui ressemble à celle d'une crevette, est protégée par deux coquilles, d'où l'aspect initial d'un bivalve.
Fig. 7 - Une benne est déployée pour prélever des échantillons en eau profonde.
Il existe une formule simple que tu peux utiliser pour déterminer le champ de vision :
Le numéro de champ se trouve généralement sur la lentille oculaire à côté du grossissement oculaire.
Si ton numéro de champ est de 20 mm et que ton grossissement est de x 400, tu peux calculer le FOV en entrant tes valeurs dans l'équation :
FOV = 20 / 400 = 0,05 mm !
Microscopes - Points clés
- Le grossissement et la résolution déterminent la façon dont l'image sera vue à travers les lentilles oculaires. Ils sont liés entre eux.
- Le microscope optique est le principal microscope utilisé pour enseigner aux élèves.
- Le microscope électronique à transmission et le microscope électronique à balayage sont souvent utilisés par les scientifiques pour étudier de très petites structures.
- Les microscopes électroniques ont une résolution beaucoup plus élevée que les microscopes optiques.
- Le champ de vision du microscope est l'image que tu peux voir lorsque tu regardes à travers la (les) lentille(s) oculaire(s).
Références
- Fig. 3 : Grain de pollen d'Helichrysum. L'image SEM (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/66/Pollen_grain_of_Helichrysum.png) de Pavel.Somov (https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=User:Pavel.Somov&action=edit&redlink=1) est sous licence CC-BY-4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
- Fig. 5 - Epimenia verrucosa (Nierstrasz, 1902) au Musée d'histoire naturelle d'Osaka. Le nom accepté est Epimenia babai Salvini-Plawen, 1997 (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d9/Epimenia_verrucosa.jpg) par Show_ryu est sous licence CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en)
- Fig. 6 - Ostracode (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/93/Ostracod.JPG) par Anna33 (https://en.wikipedia.org/wiki/User:Anna33) sous licence CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en)
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