Как мы видим свет?
показать/скрыть слова, которые нужно знать
Роговица: — прозрачная внешняя поверхность глаза, покрывает радужную оболочку, зрачок и наружную камеру глаза… подробнее
Эпителий: слой клеток обнаружены на поверхности большинства поверхностей тела. Эпителий является одним из четырех типов тканей, встречающихся в организме человека. К другим тканям относятся соединительная, мышечная и нервная ткани… подробнее
Фовеа: часть глаза, обеспечивающая четкое изображение, используемое при таких действиях, как чтение, езда на велосипеде и вождение автомобиля. Он расположен в задней части глаза и имеет самую высокую плотность колбочек… подробнее
Радужная оболочка: в анатомии глаза радужная оболочка определяет размер отверстия зрачка. Это, в свою очередь, контролирует количество света, попадающего в глаз… подробнее
Митохондрии: — электростанция клетки.
Он упаковывает энергию из пищи в энергию, которую клетка может использовать для выполнения работы… подробнее
Ядро: где ДНК остается в клетке, во множественном числе — ядра.
Фоторецептор: особый тип клеток в вашем глазу, который улавливает фотоны и затем передает сигналы в мозг. Они расположены в сетчатке (слое в задней части глаза). Есть два типа, палочки и колбочки.
Зрачок: — отверстие, через которое свет попадает в глаз. У людей он круглый, но у других животных, таких как кошки и козы, зрачок больше похож на щель….подробнее
Регенерация: для создания чего-то нового из старого, поврежденного или использованного… подробнее
Палочки и колбочки человеческого глаза
Анатомия человеческого глаза. Нажмите, чтобы увеличить и получить дополнительную информацию.
На рисунке слева видно, что задняя часть глаза выстлана тонким слоем, называемым сетчаткой.
Здесь расположены фоторецепторы. Если вы думаете о глазе как о камере, сетчатка будет пленкой. Сетчатка также содержит нервы, которые сообщают мозгу, что «видят» фоторецепторы.
Зрение имеет два типа фоторецепторов: палочки и колбочки.
Жезлы работают при очень низком уровне освещенности. Мы используем их для ночного видения, потому что только несколько частиц света (фотонов) могут активировать палочку. Палочки не помогают с цветовым зрением, поэтому ночью мы видим все в оттенках серого. В человеческом глазу более 100 миллионов палочек.
Колбочкам требуется гораздо больше света, и они используются для того, чтобы различать цвета. У нас есть три типа конусов: синий, зеленый и красный. В человеческом глазу всего около 6 миллионов колбочек. Многие из них сосредоточены в ямке, небольшой ямке в задней части глаза, которая помогает повысить резкость или детализацию изображений.
Другие животные имеют разное количество клеток каждого типа. У животных, которые должны видеть в темноте, гораздо больше палочек, чем у людей.
Внимательно посмотрите на фоторецепторы на рисунках выше и ниже. Диски во внешних сегментах (справа) — это место, где удерживаются белки фоторецепторов и поглощается свет. Палочки содержат белок родопсин, а колбочки — фотопсины. Но подождите… они застряли в задней части сетчатки. Это означает, что свет поглощается ближе к внешней стороне глаза. Разве они не установлены задом наперёд? Что здесь происходит?
Свет проходит через глаз и поглощается палочками и колбочками в задней части глаза. Нажмите для получения дополнительной информации.
«Обратная» организация палочек и колбочек полезна по нескольким причинам.
Ориентация ячеек упрощает переработку деталей. Изображение ХуБоро.
Прежде всего, диски, содержащие родопсин или фотопсин, постоянно перерабатываются, чтобы поддерживать здоровье вашей зрительной системы. Имея диски рядом с эпителиальными клетками (пигментированный эпителий сетчатки: RPE) в задней части глаза, части старых дисков могут быть унесены клетками RPE.
Еще одним преимуществом этой компоновки является то, что RPE может поглощать рассеянный свет. Это означает, что ваше видение намного яснее. Свет также может иметь разрушительные последствия, поэтому эта установка также помогает защитить ваши палочки и колбочки от ненужных повреждений.
Хотя есть много других причин, по которым полезно иметь диски рядом с RPE, мы упомянем только одну. Подумайте о ком-то, кто бежит марафон. Чтобы поддерживать работу мышц тела, бегуну во время забега необходимо употреблять специальные питательные вещества или молекулы. Палочки и колбочки похожи, но вместо того, чтобы работать, они постоянно посылают сигналы. Это требует движения множества молекул, которые им необходимо пополнять, чтобы продолжать работать. Поскольку RPE находится рядом с дисками, он может легко помочь перезагрузить фоторецепторные клетки и диски молекулами, которые им необходимы для продолжения отправки сигналов.
Теперь, когда мы знаем, как работают эти фоторецепторы, как мы можем использовать их, чтобы различать цвета?
У нас есть три типа конусов.
Если вы посмотрите на график ниже, вы увидите, что каждая колбочка способна обнаруживать диапазон цветов. Несмотря на то, что каждая колбочка наиболее чувствительна к определенному цвету света (где линия достигает пика), они также могут обнаруживать другие цвета (показаны растяжкой каждой кривой).
Поскольку три типа колбочек обычно маркируются цветом, при котором они наиболее чувствительны (синий, зеленый и красный), вы можете подумать, что другие цвета невозможны. Но именно перекрытие колбочек и то, как мозг интегрирует посылаемые ими сигналы, позволяет нам видеть миллионы цветов. Например, желтый цвет возникает в результате стимуляции зеленых и красных колбочек, в то время как синие колбочки не стимулируются.
Как мы видим белый цвет?
Наши глаза — детекторы. Колбочки, которые стимулируются светом, посылают сигналы в мозг. Мозг является фактическим интерпретатором цвета. Когда все колбочки стимулируются одинаково, мозг воспринимает цвет как белый. Мы также воспринимаем белый цвет, когда стимулируются наши палочки.
В отличие от колбочек, палочки способны обнаруживать свет на гораздо более низком уровне. Вот почему мы видим только черное и белое в тускло освещенных комнатах или когда смотрим на звездное ночное небо.
Полезна ли морковь для глаз?
Давайте поговорим о витаминах. Молекула пигмента, присоединенная к белкам фоторецепторов, называется сетчаткой. Когда сетчатка поглощает фотоны, она при этом разрушается. Чтобы регенерировать больше сетчатки, вашему телу нужен витамин А. Морковь — это один из продуктов с высоким содержанием витамина А. Это делает ее полезной для ваших глаз, но не думайте, что она улучшит ваше зрение. Хотя морковь полезна для здоровья ваших глаз, она не улучшит ваше зрение, не позволит отказаться от очков или носить контактные линзы.
Изображения:
Иллюстрация анатомии глаза из Beginning Psychology (v. 1.0) через Creative Commons (by-nc-sa 3.0). Ярлыки изменены для этой страницы.
Дополнительные изображения с Wikimedia Commons
Подробнее о: Видение цвета
Что такое проточная цитометрия Рассеяние света и как на него влияют размер клеток и размер частиц
Рассеяние света, к сожалению, является одним из наиболее неправильно понимаемых понятий в цитометрии.
Когда вы впервые изучаете проточную цитометрию, вам, вероятно, вводят в заблуждение фразу: «Интенсивность сигнала прямого рассеяния пропорциональна размеру клетки, а интенсивность сигнала бокового рассеяния пропорциональна зернистости клеток».
Коротко о том, что да, этот может иметь место, когда мы имеем дело с типичными клетками (рассмотрите гранулоциты крови, которые больше, чем лимфоциты, имеют более интенсивные сигналы FSC; гранулоциты более «зернистые», чем лимфоциты и, таким образом, имеют более интенсивные сигналы SSC). Однако правда в том, что сложность светорассеяния опровергается этим извечным, но неудовлетворительным вводным объяснением.
Хотя размер частиц (радиус частиц), безусловно, влияет на сигнал светорассеяния, его интенсивность зависит от комбинации факторов, в том числе:
- длина волны лазерного излучения
- угол сбора и
- показатель преломления частицы и протекающей среды (оболочки)
Оказывается, что интенсивность светорассеяния сильно зависит от соотношения между размерами частицы к длине волны лазера.
В частности, частицы с диаметром, превышающим длину волны лазера, будут рассеивать свет по другому типу, чем частицы, диаметр которых меньше длины волны лазера.
Имейте в виду, что чаще всего мы измеряем рассеяние с использованием возбуждения на длине волны 488 нм (а иногда и на длине волны 405 нм), поэтому частицы или клетки диаметром более 0,5 микрона будут вести себя иначе, чем частицы диаметром значительно меньше 0,5 микрона.
Оказывается, существует физическая теория, названная в честь немецкого физика Густава Ми (1869-1957), которая предсказывает и объясняет поведение светорассеяния частиц, превышающих длину волны освещения. По существу, теория Ми предсказывает, что интенсивность рассеянного света имеет сильную угловую зависимость.
Другими словами, интенсивность сигнала, генерируемого рассеянным светом, зависит от угла, под которым мы собираем и направляем свет на детектор. Теория Ми объясняет, почему мы используем детектор прямого рассеяния (FSC) для измерения сигнала светорассеяния типичных клеток млекопитающих, который намного больше, чем длина волны источника освещения (обычно лазера с длиной волны 488 нм).
Детекторы прямого рассеяния собирают свет под малыми углами относительно падающего луча и могут использовать тот факт, что клетки преимущественно рассеивают свет в этом «прямом» направлении.
Кроме того, поскольку клетки рассеивают так много света в прямом направлении, мы можем сэкономить деньги и использовать менее чувствительный детектор для измерения этого света. Таким образом, рассеянного вперед света традиционно и часто эффективно измеряются с помощью фотодиода 9.0006, а не более чувствительный фотоумножитель, используемый для измерения флуоресценции и бокового рассеяния.
Однако для частиц, размер которых меньше длины волны освещения (<488 нм или <~0,5 мкм), таких как микровезикулы и эктосомы, ситуация совершенно иная. Оказывается, рассеяние света частицами этого размера НЕ зависит от угла, под которым оно измерено. Это имеет очень важное значение для анализа малых частиц.
Что наиболее важно, поскольку мелкие частицы не рассеивают свет преимущественно в прямом направлении, как это делают клетки, разрешение этого детектора может оказаться недостаточным для измерения или даже идентификации этих частиц над фоном.
Боковое рассеяние, учитывая его ориентацию на более тихий путь сбора флуоресценции, а также его традиционное обнаружение гораздо более чувствительным фотоумножителем, вероятно, будет иметь гораздо лучшее разрешение, чем прямое рассеяние.
Точно так же мы часто используем боковое рассеяние в качестве «триггерного» или «порогового» параметра при измерении мелких объектов, таких как бактерии, микрочастицы или микровезикулы, по той же причине — лучшая чувствительность позволяет нам лучше различать и измерять мелкие частицы над фоном.
Интересно, что рассеяние ОЧЕНЬ быстро тускнеет, когда диаметр частиц меньше длины волны освещающего света, учитывая, что интенсивность рассеяния уменьшается в зависимости от r 6 частицы.
Суть в том, что такие мелкие объекты, как внеклеточные везикулы, невероятно трудно обнаружить с помощью сигналов рассеяния. Это может сильно затруднить публикацию данных проточной цитометрии мелких частиц.
Производители приборов и операторы часто пользуются этим свойством рассеяния света малыми частицами, устанавливая регулируемую заслонку на детекторе прямого рассеяния.
Затеняющая полоса прямого рассеяния является универсальным компонентом этого детектора, который помогает уменьшить фон в детекторе FSC, блокируя взаимодействие лазерного излучения с детектором. Когда в лазерном луче нет частиц, рассеянный лазерный свет попадает и блокируется полосой затемнения. С другой стороны, когда частица присутствует в лазерном луче, лазерный свет, преломленный (рассеянный) частицей, проходит над полосой и запускает сигнал, связанный с этой частицей.
Регулируемая затеняющая планка может вращаться, чтобы освещать более широкую или узкую поверхность для лазерного луча, блокируя большее или меньшее количество лазерного света, соответственно, от попадания на детектор.
Чтобы отделить более мелкие частицы от оптического шума, может быть полезно заблокировать попадание большего количества лазерного света на детектор, что может быть достигнуто путем расширения полосы.
Более того, поскольку мелкие частицы не рассеивают свет преимущественно в прямом направлении, доля сигнала, заблокированного полосой, в общем сигнале менее значительна, чем для более крупных частиц, которые преимущественно рассеивают свет в прямом направлении. Эта стратегия наиболее эффективна, когда для обнаружения прямого рассеяния используется фотоумножитель, а не фотодиод, учитывая, что первый гораздо более чувствителен, чем второй.
Эта взаимосвязь между размером частиц, длиной волны света и углом рассеяния также может помочь объяснить свойства бокового рассеяния клеток. Типичный сигнал бокового рассеяния сотовой связи гораздо сильнее коррелирует с гранулярностью, чем прямое рассеяние с размером ячейки. На самом деле цитоплазматические «гранулы», которые влияют на сигнал бокового рассеяния, часто имеют размер менее 0,5 мкм и, таким образом, будут рассеиваться по схеме, отличной от Ми.
В конце концов, боковое рассеяние клеток млекопитающих и боковое рассеяние мелких частиц не так уж сильно отличаются.
Помимо длины волны лазера и угла сбора оптики рассеяния, еще одним фактором, влияющим на интенсивность светорассеяния частицы, является показатель преломления суспензионной среды (оболочки, состоящей в основном из воды). ) и самой частицы.
Для частиц, которые подчиняются предсказаниям Ми, рассеяние света в основном состоит из преломления лазерного излучения. Когда частица или клетка отсутствует в точке опроса, пересечение лазера с частицей или клеткой дает характерное преломление, «дифракционное кольцо», с которым мы, скорее всего, знакомы в сортировщиках клеток с чувством в воздухе. Это кольцо света распространяется наружу от потока во всех направлениях, в той же плоскости, что и лазерный луч, и блокируется от попадания на пути обнаружения прямого и бокового рассеяния полосами затемнения перед каждым из них.
Однако присутствие клетки в лазерном луче изменяет состав среды, через которую проходит свет . Лазерный свет теперь проходит через цитоплазму, которая содержит белки, липиды и углеводы, а не просто воду, через которую он прошел в отсутствие клетки, что, следовательно, заставляет свет изгибаться иначе, чем при прохождении только через жидкость оболочки. . Это преломление света клеткой является функцией разности показателей преломления (RI) между средами, через которые проходит свет, и вызывает искривление лазерного луча таким образом, что он проходит над полосой затемнения и взаимодействует с детектор, генерирующий сигнал рассеяния.
Каждый тип материала имеет соответствующий показатель преломления. Когда свет переходит из одного материала в другой — скажем, из физиологического раствора проточной жидкости в материал клетки, а затем снова через проточную жидкость — количество света, преломляющегося из-за этого перехода, пропорционально разнице между показатели преломления между средами.
Чем больше разница, тем больше разброс.
Именно это свойство рассеяния света делает его ужасно ненадежным измерением размера клетки.
Две частицы или клетки абсолютно одинакового размера могут иметь разные показатели преломления из-за их состава
Показатель преломления типичного шарика полистирола (1,59) может значительно отличаться от сигнала ячейки, что приводит к очень разным сигналам рассеяния между шариком и клеткой того же диаметра. Учитывая тот факт, что клетки состоят из гораздо большего количества воды, чем шарики полистирола, и что RI воды составляет 1,333, шарики полистирола будут рассеивать намного больше света, чем обычная клетка.
Согласно исследованиям, опубликованным в Current Protocols In Cytometry , эта ситуация может быть еще более серьезной для микровезикул.
Однако не все потеряно, когда дело доходит до идентификации микровезикул. Исследование предполагает, что вместо того, чтобы использовать рассеяние в качестве триггерного/порогового параметра для идентификации этих типов частиц и их измерения, флуоресценция является лучшим выбором. Небольшие частицы можно пометить универсальным красителем, который вызывает флуоресценцию всех связанных с мембраной частиц в суспензии, что позволяет отличить микровезикулы от других частиц в растворе.
