Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.abitu.ru/en2002/closed/viewwork.html?thesises=79 Дата изменения: Fri May 5 15:25:05 2006 Дата индексирования: Tue Oct 2 02:59:31 2012 Кодировка: koi8-r Поисковые слова: arp 220

Применение интерференционных методов


для исследования фасеток глаз некоторых насекомых


Краткая постановка задачи

Предложена простая и точная методика исследования некоторых биологических
объектов с характерными размерами 10 [pic] 100 мкм путём измерения
дифракционной картины, получающейся при прохождении луча лазера через
соответствующий препарат.

Актуальность задачи и возможность ее практического применения

В настоящее время методы физической оптики широко применяется во многих
областях науки и техники. С их помощью создаются высокоточные приборы,
способные измерять широкий спектр характеристик макро- и микрообъектов,
осуществлять дефектоскопию, сверхплотную запись информации и т.д. Данная
работа иллюстрирует один из возможных способов применения аппарата
физической оптики в практических целях.
По сути работа очень проста: из исследуемого объекта изготавливается тонкая
прозрачная плёнка (фасетка глаза в случае насекомых, срезы листьев в случае
растений), которая затем заключается в водный препарат. Последний
просвечивается лучом лазера, и по наблюдаемой дифракционной картине
делаются выводы о структуре объекта. В случае необходимости сохранить
препараты на длительное время они обезвоживаются путём проведения через ряд
растворов этилового спирта последовательно возрастающей концентрации, после
чего заключаются в канадский бальзам.
Существующие на данный момент методы изготовления и измерения характеристик
препаратов уже позволяют в короткие сроки получать большие объёмы
информации без привлечения сложной техники. С некоторыми модификациями
(заметим, не слишком серьёзными) созданная методика может активно
использоваться в полевых условиях, что является неоспоримым преимуществом,
так как применение высокоточных оптических приборов в данном случае
сопряжено с рядом трудностей. Эти факты наглядно показывают, сколь
актуальна рассмотренная работа. На её базе возможно проведение намного
более серьёзных исследований, целью которых, вероятнее всего, будет
получение больших массивов статистических данных.

Описание методов решения задачи

В данной работе предлагается методика изготовления дифракционных решёток из
животных и растительных тканей, получения интерференционной картины и
расчет линейных размеров периодических структур препарата. Фасеточные глаза
состоят из огромного количества омматидиев - крошечных отдельных «глазков».
Каждый такой «глазок» снаружи покрыт прозрачным шестиугольником
(фокусирующий элемент) - фасеткой. Выглядит это так (фотография слева и
принципиальная схема справа):
[pic][pic]
Эту структуру можно условно разложить на три решетки с одинаковым периодом.
При освещении тонкой пленки (состоящей из фасеток) лазером (в нашем случае
- лазерной указкой) на экране возникает интерференционная картина,
состоящая из рядов ярких пятен. Измерив расстояние Х от главного максимума
до максимума n-ого порядка, по формуле:
[pic]'
можно найти период решетки. В данном случае d (период) будет высотой
шестиугольника. Из геометрических соображений находим длину стороны
фасетки:

Процесс изготовления включает в себя несколько этапов:
1)С помощью препаровальных игл отделяется тонкая плёнка исследуемой ткани;
2) Плёнка очищается в капле жидкости;

3) Из плёнки создаётся водяной или постоянный (на основе канадского
бальзама) препарат.
Для получения дифракционной картины используется лазерная указка ((=650нм),
лучом которой просвечивается препарат. На расстоянии в несколько метров (в
нашем случае дистанция составляла от 4 до 8 метров) ставится экран, на
котором впоследствии и наблюдается дифракционная картина. Измерив
расстояние между максимумами интенсивности света и проведя вычисления,
можно получить период решётки или линейные размеры периодических элементов
ткани.

Анализ полученных результатов

Разработанная методика позволяет получать измерения размеров биологических
объектов (10-100 мкм) без использования высокочувствительных оптических
приборов. К её достоинствам также можно отнести простоту применения в
сочетании с относительно высоким качеством получаемых результатов
измерения.
Помимо этого на основе вида дифракционной картины могут быть сделаны выводы
о структуре исследуемого объекта, а также о степени его нерегулярности.
Последняя возможность представляется наиболее интересной в сочетании с
наблюдением объекта под микроскопом (требуемое увеличение - 5 - 50 крат).
Приведём несколько примеров полученных результатов:

|Наименование препарата |Количество |Расстояние |Период |
| |максимумов |(см) между |решетки |
| | |крайними |(мм) |
| | |максимумами | |
|Шмель 2-10 |2 |32(1 |0.0177(0.0009|
|Стрекоза большая 1-5(*) |6 |45(1 |0.037(0.001 |
| |8 |54(1 |0.0411(0.0016|
|Шершень 1-4 |6 |55(1 |0.0310(0.0011|

* - у стрекоз глаз разделён на 2 области с различным размером фасеток.
Данная работа также представляет интерес с методической точки зрения. Её
материалы вполне могут использоваться в школах с углублённым изучением
физики наряду с классическими экспериментами физической оптики, а также,
надо полагать, они должны иметь большую ценность для проведения так
называемых «интегрированных уроков», так как в данном случае затронуты по
меньшей мере два школьных предмета - физика и биология.
Благодарности
Выражаем признательность руководству Летней Экологической Школы за
предоставленные для работы бинокулярные микроскопы, И.С. Ерохину за
консультации и помощь при работе с микропрепаратами, В.И. Шутову за помощь
в измерении дифракционных картин исследуемых объектов.
Работа выполняется на Летней Экологической Школе и в Физико-математическом
лицее города Сергиева Посада.
-----------------------
[pic]