Krótka historia mikroskopu

W tym historycznym okresie znanym jako Renesans po „ciemności” Średniowiecze, miały miejsce wynalazki druk, proch strzelniczy i marynarza kompas, a następnie odkrycie Ameryki. Równie niezwykły był wynalazek mikroskopu świetlnego: instrument, który umożliwia ludzkiemu oku, za pomocą soczewki lub kombinacji soczewek, obserwowanie powiększonych obrazów małych obiektów. Ujawniły fascynujące szczegóły światów w światach.

Na długo przedtem, w mglistej, niezapisanej przeszłości, ktoś podniósł kawałek przezroczystego kryształu grubszego w środku niż na brzegach, spojrzał przez niego i odkrył, że dzięki temu rzeczy wyglądają na większe. Ktoś również stwierdził, że taki kryształ skupiałby promienie słoneczne i podpalił kawałek pergaminu lub tkaniny. Lupy i „płonące szkła” lub „szkła powiększające” są wspomniane w pismach Seneki i Pliniusza Starszego, filozofów rzymskich z pierwszego wieku A. D., ale najwyraźniej nie używano ich wiele do czasu wynalezienia okularypod koniec XIII wieku. Nazwano je soczewkami, ponieważ mają kształt soczewicy.

Najwcześniejszym prostym mikroskopem była tylko tuba z płytką dla obiektu z jednej strony, a z drugiej soczewka dająca powiększenie mniejsze niż dziesięć średnic - dziesięciokrotnie większa od rzeczywistej wielkości. Te podekscytowane ogólne zdumienie, kiedy oglądano pchły lub małe, pełzające rzeczy, nazwano je „okularami pcheł”.

Około 1590 r. Dwóch holenderskich twórców spektakli, Zaccharias Janssen i jego syn Hans, eksperymentując z kilkoma soczewkami w tubie, odkryli, że pobliskie obiekty wydają się znacznie powiększone. To był prekursor mikroskopu złożonego i teleskop. W 1609 r. Galileo, ojciec współczesnej fizyki i astronomii, usłyszał o tych wczesnych eksperymentach, opracował zasady soczewek i stworzył znacznie lepszy instrument z urządzeniem do ustawiania ostrości.

Ojciec mikroskopii, Anton van Leeuwenhoek z Holandii, zaczął jako praktykant w sklepie z suchymi towarami, w którym do zliczania nici w tkaninie używano okularów powiększających. Nauczył się nowych metod szlifowania i polerowania maleńkich soczewek o dużej krzywiźnie, które dawały powiększenia do 270 średnic, najlepiej znane w tym czasie. Doprowadziło to do budowy jego mikroskopów i odkryć biologicznych, z których jest znany. Jako pierwszy zobaczył i opisał bakterie, rośliny drożdży, tętniące życiem życie w kropli wody oraz krążenie ciałek krwi w naczyniach włosowatych. Podczas długiego życia używał swoich soczewek do pionierskich badań nad niezwykłą różnorodnością rzeczy, zarówno życia, jak i nie żyje i zgłosił swoje odkrycia w ponad stu listach do Royal Society of England i French Academy.

Robert hooke, angielski ojciec mikroskopii, ponownie potwierdził odkrycia Antona van Leeuwenhoeka dotyczące istnienia małych żywych organizmów w kropli wody. Hooke wykonał kopię mikroskopu świetlnego Leeuwenhoek, a następnie ulepszył swój projekt.

Później do połowy XIX wieku wprowadzono kilka istotnych ulepszeń. Następnie kilka krajów europejskich rozpoczęło produkcję doskonałego sprzętu optycznego, ale żaden nie był lepszy niż cudowne instrumenty zbudowane przez Amerykanina Charlesa A. Spencer i założony przez niego przemysł. Współczesne przyrządy, zmienione, ale niewielkie, dają powiększenia do 1250 średnic zwykłym światłem i do 5000 przy niebieskim świetle.

Mikroskop świetlny, nawet z doskonałymi soczewkami i doskonałym oświetleniem, po prostu nie może być używany do rozróżniania obiektów, które są mniejsze niż połowa długości fali światła. Białe światło ma średnią długość fali 0,55 mikrometrów, z czego połowa to 0,275 mikrometrów. (Jeden mikrometr to jedna tysięczna milimetra, a na cal jest około 25 000 mikrometrów. Mikrometry są również nazywane mikronami.) Wszelkie dwie linie, które są bliżej siebie niż 0,275 mikrometrów, będą postrzegane jako pojedyncza linia i każdy obiekt o średnicy mniejszej niż 0,275 mikrometrów będzie niewidoczny lub, w najlepszym razie, pojawi się jako plama. Aby zobaczyć małe cząsteczki pod mikroskopem, naukowcy muszą całkowicie ominąć światło i zastosować inny rodzaj „oświetlenia”, jeden o krótszej długości fali.

Wprowadzenie mikroskopu elektronowego w latach 30. XX wieku wypełniło rachunek. Ernst Ruska, wymyślony wspólnie przez Niemców, Maxa Knolla i Ernsta Ruskę w 1931 r., Otrzymał w 1986 r. Połowę Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki za swój wynalazek. (Druga połowa nagroda Nobla został podzielony między Heinricha Rohrera i Gerda Binniga dla STM.)

W tego rodzaju mikroskopie elektrony są przyspieszane w próżni, dopóki ich długość fali nie będzie bardzo krótka, tylko sto tysięczna długości białego światła. Wiązki tych szybko poruszających się elektronów skupiają się na próbce komórki i są absorbowane lub rozpraszane przez części komórki, aby utworzyć obraz na wrażliwej na elektrony płycie fotograficznej.

Po przesunięciu do granic możliwości mikroskopy elektronowe umożliwiają oglądanie obiektów tak małych jak średnica atomu. Większość mikroskopów elektronowych używanych do badania materiału biologicznego może „zobaczyć” do około 10 angstremów - niesamowity wyczyn, ponieważ chociaż nie czyni to atomów widocznymi, pozwala badaczom odróżnić poszczególne cząsteczki biologiczne znaczenie. W efekcie może powiększać obiekty do 1 miliona razy. Niemniej jednak wszystkie mikroskopy elektronowe mają poważną wadę. Ponieważ żaden żywy okaz nie jest w stanie przetrwać w wysokiej próżni, nie może on pokazywać ciągle zmieniających się ruchów charakterystycznych dla żywej komórki.

Za pomocą instrumentu wielkości dłoni Anton van Leeuwenhoek był w stanie zbadać ruchy organizmów jednokomórkowych. Współcześni potomkowie mikroskopu świetlnego van Leeuwenhoek mogą mieć ponad 6 stóp wysokości, ale nadal są niezbędni dla biologów komórkowych, ponieważ w przeciwieństwie do mikroskopów elektronowych, mikroskopy świetlne pozwalają użytkownikowi zobaczyć żywe komórki akcja. Głównym wyzwaniem dla mikroskopów świetlnych od czasów van Leeuwenhoka było zwiększenie kontrastu między jasnymi komórkami a ich jaśniejszym otoczeniem, dzięki czemu struktury komórek i ruch są lepiej widoczne z łatwością. Aby to zrobić, opracowali genialne strategie obejmujące kamery wideo, światło spolaryzowane, digitalizację komputery i inne techniki, które przynoszą ogromne ulepszenia, w przeciwieństwie do napędzania renesansu w świetle mikroskopia.