Kratka zgodovina mikroskopa

V tistem zgodovinskem obdobju, znanem kot renesansa, po "temnem" Srednja leta, so se zgodili izumi tiskanje, smodnik in pomorščaki kompas, ki mu je sledilo odkritje Amerike. Prav tako izjemen je bil izum svetlobnega mikroskopa: instrumenta, ki človeškemu očesu s pomočjo leče ali kombinacij leč omogoča opazovanje povečanih slik drobnih predmetov. Videl je očarljive podrobnosti svetov znotraj svetov.

Dolgo pred tem je nekdo v nejasni preteklosti nekdo pobral kos prosojnega kristala, debelejšega na sredini kot na robovih, ga pogledal in ugotovil, da so stvari videti večje. Nekdo je tudi ugotovil, da bi takšen kristal usmeril sončne žarke in zažgal kos pergamenta ali krpe. Povečevalniki in "goreča očala" ali "povečevalna očala" so omenjeni v spisih Seneke in Plinija starejšega, rimskih filozofov v prvem stoletju A. D., a očitno do izuma niso uporabljali veliko očala, proti koncu 13. stoletja. Leče so jih poimenovali, ker so oblikovane kot seme leče.

Najstarejši preprost mikroskop je bil zgolj cev s ploščo za predmet na enem koncu, na drugem pa leča, ki je povečala manj kot deset premerov - desetkratno od dejanske velikosti. Navdušeni so bili v splošnem čudenju, ko so si ogledali bolhe ali drobne plazeče stvari in jih tako imenovali "bolhača očala".

Okoli leta 1590 sta dva nizozemska izdelovalca očal Zaccharias Janssen in njegov sin Hans ob eksperimentiranju z več lečami v cevi ugotovila, da se bližnji predmeti zdijo močno povečani. To je bila predhodnica sestavljenega mikroskopa in teleskop. Leta 1609 je dr. Galileo, oče moderne fizike in astronomije, je slišal za te zgodnje poskuse, izoblikoval principe leč in z napravo za fokusiranje naredil veliko boljši instrument.

Oče mikroskopije, Anton van Leeuwenhoek iz Nizozemske, začel kot vajenec v trgovini s suhim blagom, kjer so lupe uporabljali za štetje niti v tkanini. Sam se je učil novih metod brušenja in poliranja drobnih leč velike ukrivljenosti, ki so povečale do 270 premerov, najbolj znanih v tistem času. To je privedlo do postavitve njegovih mikroskopov in do bioloških odkritij, po katerih je znan. Bil je prvi, ki je videl in opisal bakterije, rastline kvasovk, živo življenje v kapljici vode in kroženje krvnih telesc v kapilarah. Med dolgim ​​življenjem je uporabljal svoje leče, da bi naredil pionirske študije o izredni raznolikosti stvari, tako živih kot drugih neživih in je o svojih ugotovitvah v več kot stotih pismih poročal angleškemu kraljevskemu društvu in Francoski akademiji.

Robert Hooke, angleški oče mikroskopije, je ponovno potrdil odkritja Antona van Leeuwenhoeka o obstoju drobnih živih organizmov v kapljici vode. Hooke je naredil kopijo svetlobnega mikroskopa Leeuwenhoek in nato izboljšal svojo zasnovo.

Pozneje je bilo do sredine 19. stoletja narejenih nekaj večjih izboljšav. Potem je več evropskih držav začelo izdelovati fino optično opremo, vendar nič lepše od čudovitih instrumentov, ki jih je zgradil Američan Charles A. Spencer in industrija, ki jo je ustanovil. Današnji instrumenti, spremenjeni, vendar le malo, dajejo povečave do 1250 premerov z navadno svetlobo in do 5000 z modro svetlobo.

Svetlobnega mikroskopa, tudi takšnega s popolnimi lečami in popolno osvetlitvijo, preprosto ni mogoče uporabiti za razlikovanje predmetov, ki so manjši od polovice valovne dolžine svetlobe. Bela svetloba ima povprečno valovno dolžino 0,55 mikrometra, od tega polovica 0,275 mikrometra. (En mikrometer je tisoč milimetra, na palec ima približno 25.000 mikrometrov. Mikrometri se imenujejo tudi mikroni.) Vsaki dve črti, ki sta bližje kot 0,275 mikrometra, bosta videti kot a ena vrstica in vsak predmet s premerom, manjšim od 0,275 mikrometra, bo neviden ali v najboljšem primeru prikazan kot zameglitev Za ogled drobnih delcev pod mikroskopom morajo znanstveniki popolnoma zaobiti svetlobo in uporabiti drugačno "osvetlitev" s krajšo valovno dolžino.

Uvedba elektronskega mikroskopa v tridesetih letih prejšnjega stoletja je napolnila račun. Ernst Ruska, ki sta ga leta 1931 soustvarila Nemca Max Knoll in Ernst Ruska, je za svoj izum leta 1986 prejela polovico Nobelove nagrade za fiziko. (Druga polovica Nobelova nagrada je bil razdeljen med Heinricha Rohrerja in Gerda Binniga STM.)

V tovrstnem mikroskopu se elektroni pospešijo v vakuumu, dokler njihova valovna dolžina ni izredno kratka, le sto tisočakov bela svetloba. Žarki teh hitro premikajočih se elektronov so osredotočeni na celični vzorec, deli celic jih absorbirajo ali razpršijo tako, da tvorijo sliko na elektronsko občutljivi fotografski plošči.

Če ga potisnemo do meje, nam elektronski mikroskopi omogočajo ogled predmetov, majhnih kot je premer atoma. Večina elektronskih mikroskopov, ki se uporabljajo za preučevanje biološkega materiala, lahko "vidi" do približno 10 angstromov - neverjeten podvig, za Čeprav zaradi tega atomi niso vidni, raziskovalcem omogočajo razlikovanje posameznih bioloških molekul pomembnost. V bistvu lahko predmete poveča do 1 milijon krat. Kljub temu imajo vsi elektronski mikroskopi resno pomanjkljivost. Ker noben živi primerek ne more preživeti pod velikim vakuumom, ne more prikazati nenehno spreminjajočih se gibov, ki so značilni za živo celico.

Anton van Leeuwenhoek je z instrumentom velikosti dlani lahko preučeval premike enoceličnih organizmov. Sodobni potomci svetlobnega mikroskopa van Leeuwenhoek so lahko visoki več kot 6 čevljev, vendar so še vedno nepogrešljivi celičnim biologom, ker za razliko od elektronskih mikroskopov svetlobni mikroskopi omogočajo uporabniku, da vidi žive celice v ukrepanje. Glavni izziv svetlobnih mikroskopov od časa Lee Leeuwenhoeka je bil povečanje kontrasta med bledimi celicami in njihovo bledijo okolico, tako da je mogoče videti več celičnih struktur in gibanja enostavno. Da bi to naredili, so zasnovali domiselne strategije, ki vključujejo video kamere, polarizirano svetlobo, digitalizacijo računalniki in druge tehnike, ki prinašajo ogromne izboljšave, nasprotno pa spodbujajo renesanso v svetlobi mikroskopija.