Mikroskopa vēsture

Kā attīstījās gaismas mikroskops.

Toms Greivss/ Attēlu banka/ Getty Images

Šajā vēsturiskajā periodā, ko sauc par renesansi, pēc 'tumsas' Viduslaiki , notika izgudrojumi drukāšana , šaujampulveris un jūrnieka kompass , kam sekoja Amerikas atklāšana. Tikpat ievērojams bija gaismas mikroskopa izgudrojums: instruments, kas ļauj cilvēka acij, izmantojot objektīvu vai lēcu kombinācijas, novērot palielinātus sīku objektu attēlus. Tas padarīja redzamas aizraujošās pasauļu detaļas pasaulēs.

Stikla lēcu izgudrojums

Jau ilgi pirms tam, miglainajā, nepierakstītajā pagātnē, kāds paņēma caurspīdīga kristāla gabalu, kas bija biezāks vidū nekā malās, paskatījās tam cauri un atklāja, ka tas liek lietām izskatīties lielākas. Kāds arī atklāja, ka šāds kristāls fokusētu saules starus un aizdedzinātu pergamenta vai auduma gabalu. Lupas un 'degošās glāzes' vai 'lupas' ir minēti Senekas un Plīnija Vecākā, romiešu filozofu rakstos mūsu ēras pirmajā gadsimtā, taču acīmredzot tos neizmantoja daudz līdz brīdim, kad tika izgudrotsbrilles13. gadsimta beigās. Tās tika nosauktas par lēcām, jo ​​tās ir veidotas kā lēcas sēklas.

Agrākais vienkāršais mikroskops bija tikai caurule, kuras vienā galā bija plāksne objektam, bet otrā galā bija lēca, kas palielināja mazāk nekā desmit diametrus — desmit reizes lielāku par faktisko izmēru. Šie satrauktie vispārējie brīnumi, kad tos izmantoja, lai skatītu blusas vai sīkas ložņājošas lietas, un tāpēc tika saukti par 'blusu brillēm'.

Gaismas mikroskopa dzimšana

Apmēram 1590. gadu divi nīderlandiešu briļļu izgatavotāji Zachariass Jansens un viņa dēls Hanss, eksperimentējot ar vairākām lēcām caurulē, atklāja, ka tuvumā esošie objekti šķiet ievērojami palielināti. Tas bija saliktā mikroskopa priekštecis un teleskops . 1609. gadā, Galileo , mūsdienu fizikas un astronomijas tēvs, dzirdējis par šiem agrīnajiem eksperimentiem, izstrādājis objektīvu principus un izveidojis daudz labāku instrumentu ar fokusēšanas ierīci.

Antons van Lēvenhuks (1632-1723)

Mikroskopijas tēvs, Antons van Lēvenhuks Holandē, sāka kā māceklis sauso preču veikalā, kur lupas izmantoja, lai skaitītu auduma pavedienus. Viņš mācīja sev jaunas metodes sīku liela izliekuma lēcu slīpēšanai un pulēšanai, kas nodrošināja palielinājumu līdz 270 diametriem, kas ir vislabākie tolaik zināmie. Tā rezultātā tika izveidoti viņa mikroskopi un bioloģiskie atklājumi, ar kuriem viņš ir slavens. Viņš bija pirmais, kurš ieraudzīja un aprakstīja baktērijas, rauga augus, dzīvību ūdens pilē un asinsķermenīšu cirkulāciju kapilāros. Ilgā mūža laikā viņš izmantoja lēcas, lai veiktu pionieru pētījumus par neparasti daudzām lietām, gan dzīvām, gan nedzīvām, un vairāk nekā simts vēstulēs ziņoja par saviem atklājumiem Anglijas Karaliskajai biedrībai un Francijas akadēmijai.

Roberts Huks

Roberts Huks, angļu mikroskopijas tēvs, atkārtoti apstiprināja Antona van Lēvenhuka atklājumus par sīku dzīvo organismu esamību ūdens pilē. Huks izveidoja Lēvenhuka gaismas mikroskopa kopiju un pēc tam uzlaboja savu dizainu.

Čārlzs A. Spensers

Vēlāk līdz 19. gadsimta vidum tika veikti daži būtiski uzlabojumi. Pēc tam vairākas Eiropas valstis sāka ražot smalkas optiskās iekārtas, taču neviena nebija smalkāka par brīnišķīgajiem instrumentiem, ko uzbūvēja amerikānis Čārlzs A. Spensers un viņa dibinātā nozare. Mūsdienu instrumenti, kas mainīti, bet maz, nodrošina palielinājumu līdz 1250 diametriem ar parasto gaismu un līdz 5000 ar zilu gaismu.

Aiz gaismas mikroskopa

Gaismas mikroskopu, pat tādu ar perfektām lēcām un perfektu apgaismojumu, vienkārši nevar izmantot, lai atšķirtu objektus, kas ir mazāki par pusi no gaismas viļņa garuma. Baltās gaismas vidējais viļņa garums ir 0,55 mikrometri, no kuriem puse ir 0,275 mikrometri. (Viens mikrometrs ir milimetra tūkstošdaļa, un ir aptuveni 25 000 mikrometri līdz collai. Mikrometrus sauc arī par mikroniem.) Jebkuras divas līnijas, kas atrodas tuvāk viena otrai par 0,275 mikrometriem, tiks uzskatītas par vienu līniju, un jebkurš objekts ar diametrs, kas ir mazāks par 0,275 mikrometriem, būs neredzams vai labākajā gadījumā tiks parādīts kā izplūdums. Lai mikroskopā redzētu sīkas daļiņas, zinātniekiem ir pilnībā jāapiet gaisma un jāizmanto cita veida 'apgaismojums' ar īsāku viļņa garumu.

Elektronu mikroskops

Elektronu mikroskopa ieviešana pagājušā gadsimta 30. gados piepildīja rēķinu. Ernsts Ruska, kuru 1931. gadā kopīgi izgudroja vācieši, Makss Knolls un Ernsts Ruska, par savu izgudrojumu 1986. gadā saņēma pusi no Nobela prēmijas fizikā. (Otra puse no Nobela prēmija gadā tika sadalīts starp Heinrihu Roreru un Gerdu Binnigu STM .)

Šāda veida mikroskopā elektroni tiek paātrināti vakuumā, līdz to viļņa garums ir ārkārtīgi īss, tikai simts tūkstošdaļas no baltās gaismas. Šo ātri kustīgo elektronu stari ir fokusēti uz šūnas paraugu, un šūnas daļas tos absorbē vai izkliedē, veidojot attēlu uz elektronu jutīgas fotoplates.

Elektronu mikroskopa jauda

Ja elektronu mikroskopi tiek nospiesti līdz robežai, tie var dot iespēju apskatīt objektus, kas ir tik mazi kā atoma diametrs. Lielākā daļa elektronu mikroskopu, ko izmanto bioloģiskā materiāla pētīšanai, var “redzēt” līdz aptuveni 10 angstrēmiem — tas ir neticami varoņdarbs, jo, lai gan tas nepadara atomus redzamus, tas ļauj pētniekiem atšķirt atsevišķas bioloģiski nozīmīgas molekulas. Faktiski tas var palielināt objektus līdz 1 miljonam reižu. Tomēr visiem elektronu mikroskopiem ir nopietns trūkums. Tā kā neviens dzīvs īpatnis nevar izdzīvot augstā vakuumā, tie nevar parādīt nepārtraukti mainīgās kustības, kas raksturo dzīvu šūnu.

Gaismas mikroskops pret elektronu mikroskopu

Izmantojot instrumentu plaukstas lielumā, Antons van Lēvenhuks spēja izpētīt vienšūnas organismu kustības. Mūsdienu van Lēvenhuka gaismas mikroskopa pēcteči var būt garāki par 6 pēdām, taču tie joprojām ir neaizstājami šūnu biologiem, jo ​​atšķirībā no elektronu mikroskopiem gaismas mikroskopi ļauj lietotājam redzēt dzīvās šūnas darbībā. Gaismas mikroskopu galvenais izaicinājums kopš van Lēvenhuka laikiem ir bijis palielināt kontrastu starp bālām šūnām un to bālāku vidi, lai būtu vieglāk saskatīt šūnu struktūras un kustību. Lai to paveiktu, viņi ir izstrādājuši ģeniālas stratēģijas, kas ietver videokameras, polarizētu gaismu, datoru digitalizēšanu un citas metodes, kas sniedz milzīgus uzlabojumus, savukārt, veicina gaismas mikroskopijas renesansi.