تاریخچه میکروسکوپ
ابزارهای میکروسکوپی قرن‌هاست که نقش اساسی در توسعه علوم، مخصوصا علوم پزشکی و زیست‌شناسی داشته به طوری که ابزاری ضروری عرصه علم و پژوهش می‌باشند.
در زمینه میکروسکوپ، همواره تلاش برای مشاهده جزئیات کوچک‌تر با وضوح و تماییز بالاتر بوده است کـه نیاز به فرد آموزش دیده برای استفاده از تجهیزات پیچیده و با قیمت‌های بالاتر داشت.
در سال‌های اخیر، تمرکز بر تراشه و میکروفلوئیدیک بسیار فعال بوده است؛ درحالی‌که آن‌ها میکروسکوپ‌هایی حجیم، گران‌قیمت و با میدان دید چندین مرتبه کوچک‌تر بودند اما در زمینه‌هایی مانند پاتولوژی، نیاز به اطلاعات کلی لام با میدان دید بزرگ‌تر از میکروسکوپ‌های معمول نوری دارد. در میکروسکوپ‌های مبتنی بر لنز شیئی، همواره رقابـت بـین رزولوشـن فضایی و میدان دید وجود دارد، به این معنا کـه هـر چقـدر رزولوشن تصـویر بهـتر شـود، میدان دید محدودتر می‌شـود و بالعکس.
درنتیجه، احساس نیاز به میکروسکوپ مقرون‌به‌صرفه و سـبک و کوچک، با میدان دیدی بزرگ، میکروسکوپ‌های بدون لنز به وجود آمد.
در سال‌های اخیر چندین تکنیک میکروسکوپ بـدون‌لنز معرفی شد که در همین راستا، میکروسکوپ هولوگرافی دیجیتال بدون لنز از روش‌هایی است که توسـعه یافتـه است. این محصول، در دهه اخیر مورد توجـه قرار گرفته است.
میکروسکوپ هولوگرافی
میکروسکوپ هولوگرافی دیجیتال مبتنی بر یکی از جدیدترین روش های تصویربرداری محاسباتی بوده که در مقایسه با میکروسکوپ های نوری، با حفظ دقت از میدان دید بزرگتری برخوردار است.
میکروسکوپ هولوگرافی دیجیتال (DHM) هولوگرافی دیجیتالی است که برای میکروسکوپ استفاده می شود. در این نوع میکروسکوپ تصویری را که از جسم پخش می‌شود ثبت نمی‌شود، در عوض، اطلاعات جبهه موج نوری که از جسم منشا می گیرد به صورت دیجیتالی به عنوان یک هولوگرام ثبت شده و یک کامپیوتر با استفاده از الگوریتم بازسازی عددی، تصویر شی را محاسبه می کند. بنابراین عدسی شکل‌دهنده تصویر در میکروسکوپ سنتی با یک الگوریتم کامپیوتری جایگزین می‌شود.
سایر روش‌های میکروسکوپی مرتبط با میکروسکوپ دیجیتال هولوگرافیک میکروسکوپ تداخل‌سنجی، توموگرافی انسجام نوری و میکروسکوپ فاز پراش است. مشترک همه روش ها استفاده از جبهه موج مرجع برای به دست آوردن اطلاعات دامنه (شدت) و فاز است. اطلاعات بر روی یک حسگر تصویر دیجیتال یا توسط یک آشکارساز نوری ثبت می شود که از آن تصویری از جسم توسط کامپیوتر ایجاد (بازسازی) می شود. در میکروسکوپ سنتی که از جبهه موج مرجع استفاده نمی شود، فقط اطلاعات شدت ثبت می شود و اطلاعات ضروری در مورد جسم از بین می رود.
در این زمینه، کاربردهای منحصر به فردی را برای خصوصیات سه بعدی نمونه های فنی نشان داده شده است، از جمله توانایی اندازه گیری خصوصیات کمی سلول های زنده.
بسته به کاربرد، میکروسکوپ ها را می توان برای اهداف انتقال و بازتاب پیکربندی کرد. DHM یک راه حل منحصر به فرد برای شناسایی 4 بعدی (3 بعدی + زمان) نمونه های فنی است، زمانی که اطلاعات باید در یک بازه زمانی کوتاه به دست آید.
این مورد برای اندازه‌گیری‌ها در محیط‌های پر سر و صدا، در حضور ارتعاشات، زمانی که نمونه‌ها حرکت می‌کنند، یا زمانی که شکل نمونه‌ها در اثر محرک‌های خارجی، مانند نیروهای مکانیکی، الکتریکی، یا مغناطیسی، فرسایش شیمیایی یا رسوب و تبخیر تغییر می‌کند، کاربرد دارد.
در علوم زیستی، DHM معمولاً در حالت انتقال پیکربندی می شود. این کار اندازه گیری فاز کمی از سلول های زنده را امکان پذیر می‌کند. اندازه‌گیری‌ها روی سلول‌ها تأثیر نمی‌گذارند و مطالعات طولانی‌مدت را ممکن می‌سازند. این اطلاعات می تواند در بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی اساسی تفسیر شود.
از جمله اطلاعات دریافتی شامل:
- تصویر برداری سلول زنده
- توپوگرافی3 بعدی سطحی (ارزیابی زبری و شکل بسیاری از سطوح)
- مواد حل شده (اندازه‌گیری بر روی بسیاری از نمونه‌ها مانند سطح هوشمند، سطوح خود ترمیم شونده، سیستم‌های تعادلی، فرآیندهای تبخیر، رسوب الکتریکی، تبخیر، تبلور، تغییر شکل مکانیکی و … )
- MEMS (ارائه توالی های زمانی توپوگرافی سه بعدی را در امتداد فاز تحریک میکروسیستم ها و استفاده از تجزیه و تحلیل این توالی‌ها در ارائه نقشه ارتعاش)
- مترولوژی (ارائه اندازه گیری ارتفاع دقیق با تکرارپذیری و خطی بودن بسیار بالا مستقل از هرگونه کالیبراسیون عمودی، موقعیت مکانی دقیق قطعه، تکرارپذیری پیزو کنترلر تداخل سنجی، جابجایی موتوری یا اسکن نمایش کریستال مایع)
- میکرو اپتیک (الگوریتم‌های عمق فوکوس گسترده مبتنی بر فوکوس‌سازی دیجیتال، فوکوس واضحی را روی سطح کامل لنز ممکن می‌سازد)
- ردیابی ذرات سه بعدی (با استفاده از الگوریتم‌های خاص می‌توان برای هر ذره فاصله متناسب با بهترین فوکوس آن تعیین شود. این عمل بر روی یک توالی زمانی از هولوگرام ها، تعیین مسیر ذرات را قادر می سازد.
میکروسکوپ هولوگرافی دیجیتال، در آینده جایگزین میکروسکوپ‌های مرسوم بـه‌خصـوص در زمینـه پاتولوژی خواهد شد. با پیشرفت مداوم فناوری ساخت سنسورهای CMOS و همچنین عرضه پردازنــده‌های مناسب برای محاسبات سنگین و حجیم بـا قیمـت‌های پائین، جایگزینی میکروسکوپ‌های محاسباتی مانند میکروسکوپ بدون‌لنز هولوگرافی با میکروسکوپ‌های عادی، محتمل‌تر خواهد شد.
بسیاری از ویژگی‌هایی که به لحاظ تئـوری برای آن درنظـر گرفته می‌شـود، هنوز کاملا به صـورت تجاری درنیامده است. چندین شرکت خلاق مشغول توسعه نمونه‌های تجاری‌شـده ایـن تکنیـک تصویربرداری هستند.
