Микроскоп – уникальный оптический прибор, позволяющий рассмотреть, изучить и измерить мельчайшие предметы и структуры, невидимые человеческим глазом. С помощью него было сделано множество открытий, изменивших судьбу человечества, появилась новая наука – микробиология. Известно, что , позволяющее увеличивать предметы в сотни и тысячи раз, совершенствовалось на протяжении многих лет. В данной статье рассмотрим, кто изобрел первый микроскоп и положил начало изучению недоступных глазу человека объектов Вселенной.
История создания первого микроскопа
О том, что изогнутые поверхности способны зрительно увеличивать предметы, было известно еще до нашей эры. В 1550 году эти необычные свойства нашли свое применение в устройстве, сооруженном голландским мастером по изготовлению очков. Звали его Ханс Янсен, с помощью своего сына он изготовил прибор, позволяющий добиться увеличения объектов в 30 раз. Это стало возможным благодаря использованию двух линз, помещенных в одну трубку. Первая из них увеличивала исследуемый объект, а вторая усиливала действие, делая полученное изображение больше. Однако сконструированный прибор не нашел широкого применения, поэтому история изобретения микроскопа продолжилась в трудах других исследователей:
- Галилео Галилей – создал прибор, состоящий из двух видов линз. Выпуклые и вогнутые оптические элементы позволяли добиться лучшего изображения и большего увеличения объектов. Произошло это событие в 1609 году;
- Корнелиус Дреббель – внес в составной микроскоп существенную доработку, применив для увеличения две выпуклые линзы;
- Кристиан Гюйгенс – разработал регулируемую систему окуляров, что стало огромным прорывом в области изучения микромира.
Все вышеназванные исследователи внесли неоценимый вклад в создание важного оптического прибора. Однако история изобретения и распространения микроскопа начинается с устройств, созданных Левенгуком. Знаменитый голландец не был ученым, его открытия основаны только на любительском интересе. Микроскоп Левенгука имел всего одну, но очень сильную линзу, которая позволяла увеличить изображение в несколько сотен раз. Подобное устройство давало возможность рассмотреть объект исследования подробно и четко. С помощью него Левенгук обнаружил эритроциты в человеческой крови, рассмотрел волокна мышечной ткани, а также впервые увидел бактерии. Данный микроскоп был первым устройством подобного рода, ввезенным в Россию по приказу Петра I. Неоспоримым его преимуществом перед составным микроскопом было отсутствие дефектов изображения, порождаемых несколькими линзами.
Современные открытия и достижения
Современные микроскопы значительно изменились и усовершенствовались по сравнению с самыми первыми моделями. Появились электронные устройства, которые позволяют многократно увеличить изображение, используя вместо света поток электронов. Кто изобрел электронный микроскоп? В 30-е годы XX столетия немецкий инженер Р. Руденберг запатентовал просвечивающее устройство с фокусировкой электронов. Этот прибор был назван световым микроскопом и стал широко применяться во многих научных исследованиях.
Еще более совершенной моделью является наноскоп. Это самый современный вид оптического микроскопа, позволяющий наблюдать за фантастически малыми объектами. С помощью этого прибора стало возможным изучать элементы микромира, имеющие размеры менее 10 нанометров. Кроме этого, устройство позволяет получить качественные трехмерные изображения . Какой ученый впервые изобрел микроскоп, имеющий такие возможности? Над открытием наноскопа трудилась целая группа ученых, руководил которой немецкий исследователь Штефан Хелль. Известный изобретатель и доктор физических наук, он получил Нобелевскую премию за неоценимый вклад в развитие оптической техники.
С помощью современных приборов стало возможным наблюдать уникальные явления и делать сенсационные открытия. Ученые смогли проследить движение отдельных молекул внутри клетки, получить четкое изображение атома, а также зафиксировать молекулярные изменения в ходе химической реакции. Безусловно, тот, кто изобрел первый микроскоп, внес неоценимый вклад в развитие всего человечества.
С древних времен человек хотел увидеть вещи, куда более мелкие, чем может воспринять невооруженный глаз. Кто первый начал использовать линзы, сейчас сказать невозможно, но достоверно известно, например, что наши предки более 2 тысяч лет назад знали о том, что стекло способно преломлять свет.
Во втором веке до нашей эры Клавдий Птолемей описывал, как “изгибается” палка, которую окунули в воду, и даже очень точно подсчитал постоянную рефракции. Еще ранее в Китае делали устройства из линз и наполненной водой трубки, чтобы “видеть невидимое”.
В 1267 году Роджер Бэкон описал принципы работы линз и общую идею телескопа и микроскопа, но только в конце XVI века Захарий Янсен и его отец Ганс, производители очков из Голландии, начали экспериментировать с линзами. Они поместили несколько линз в трубку и обнаружили, что предметы, обозреваемые через нее, выглядят значительно больше, чем под простым увеличительным стеклом.
Но этот их “микроскоп” был скорее диковинкой, нежели научным прибором. Сохранилось описание инструмента, который отец и сын сделали для королевской семьи. Он состоял из трех скользящих трубок общей длиной в 45 с небольшим сантиметров и диаметром в 5 сантиметров. В закрытом виде он увеличивал в 3 раза, в полностью раскрытом - в 9 раз, правда, изображение получалось немного размытым.
В 1609 году Галилео Галилей создал составной микроскоп с выпуклыми и вогнутыми линзами и в 1612 представил этот “оккиолино” (“маленький глаз”) польскому королю Сигизмунду III. Через несколько лет, в 1619-м, нидерландский изобретатель Корнелиус Дреббель продемонстрировал в Лондоне свою версию микроскопа, с двумя выпуклыми линзами. Но само слово “микроскоп” появилось только в 1625 году, когда, по аналогии с “телескопом”, его придумал немецкий ботаник из Бамберга, Иоханн (Джованни) Фабер.
От Левенгука до Аббе
В 1665 году английский естествоиспытатель Роберт Гук усовершенствовал увеличительный инструмент и открыл элементарные единицы строения, клетки, изучая кору пробкового дуба. Через 10 лет после этого голландский ученый Антони ван Левенгук сумел получить еще более совершенные линзы. Его микроскоп увеличивал предметы в 270 раз, при том, что остальные подобные приборы едва достигали 50-кратного увеличения.
Благодаря своим качественно отшлифованным и отполированным линзам, Ленвенгук сделал множество открытий - он первым увидел и описал бактерии, дрожжевые клетки, наблюдал движение кровяных телец в капиллярах. Всего ученый изготовил как минимум 25 разных микроскопов, из которых до нашего времени дошли лишь девять. Есть предположения, что некоторые из утерянных приборов имели даже 500-кратное увеличение.
Несмотря на все достижения в этой области, в последующие 200 лет микроскопы практически не изменились. И только в 1850-х немецкий инженер Карл Цейс начал совершенствовать линзы для микроскопов, которые производила его компания. В 1880-х он нанял Отто Шотта, специалиста по оптическим стеклам. Его исследования позволили значительно улучшить качество увеличительных приборов.
Еще один сотрудник Карла Цейса, физик-оптик Эрнст Аббе, усовершенствовал сам процесс производства оптических инструментов. Прежде все работы с ними выполнялись методом проб и ошибок; Аббе же создал для них теоретический фундамент, научно обоснованные методы изготовления.
С развитием технологии и появился микроскоп, который мы знаем сейчас. Однако теперь оптические микроскопы, способные фокусироваться на объектах, размер которых превышает или равен длине волны света, уже не могли удовлетворить ученых.
Современные электронные микроскопы
В 1931 году немецкий физик Эрнст Руска начал работу над созданием первого электронного микроскопа (просвечивающий (трансмиссионный) электронный микроскоп). В 1986 году за это изобретение он получит Нобелевскую премию.
В 1936-м немецкий же ученый Эрвин Вильгель Мюллер изобрел электронный проектор (автоэлектронный микроскоп). Прибор позволял увеличить изображение твердого тела в миллионы раз. Через 15 лет Мюллер же сделал еще один прорыв в этой области - автоионный микроскоп, который дал физику возможность впервые в истории человечества увидеть атомы.
Параллельно велись и другие работы. В 1953 году голландец Фриц Цернике, профессор теоретической физики, получил Нобелевскую премию за создание фазово-контрастной микроскопии. В 67-м Эрвин Мюллер усовершенствовал свой автоионный микроскоп, добавив к нему время-пролетный масс-спектрометр, создав первый “атомный зонд”. Это устройство позволяет не только идентифицировать отдельно взятый атом, но и определять массу и кратность заряда иона.
В 1981-м Герд Бинниг и Генрих Рорер из Германии создали сканирующий (растровый) туннельный микроскоп; через пять лет после этого Бинниг и его коллеги изобрели сканирующий атомно-силовой микроскоп. В отличие от предыдущей разработки, АСМ позволяет исследовать и проводящие, и непроводящие поверхности и фактически манипулировать атомами. В том же году Бинниг и Рорер получили Нобелевскую премию за СТМ.
В 1988 году трое ученых из Великобритании снабдили “атомный зонд” Мюллера позиционно-чувствительным детектором, что дало возможность определять положение атомов в трех измерениях.
В 1988-м японский инженер Кинго Итая изобрел электрохимический сканирующий туннельный микроскоп, а три года спустя был предложен кельвин-зондовый силовой микроскоп - бесконтактная версия атомно-силового микроскопа.
Основной частью микроскопа являются оптические линзы. Искусство шлифовки оптических линз и первые попытки их применения уходят в глубокую древность.
В XVI-XVII вв. это искусство достигло значительного развития, особенно в Голландии и Италии. Потребность в очках вызвала и соответствующую промышленность. Очки практически могли появиться только тогда, когда научились шлифовать стекла с большим фокусным расстоянием (конец XIII века, предположительно 1285-1289 гг.). Вероятно, они были сконструированы под влиянием идей Роджера Бэкона (Roger Bacon, ок. 1214-1294) флорентийцем Сальвино дельи-Армати (Salvino d’Amarto degli Armati) или его соотечественником Александром делля Спина (Alessandro della Spina), хотя сведения об этом не считаются достаточно достоверными. Так или иначе, в первой половине XIV в. очки были уже распространены и широко употреблялись в Европе.
Но еще два столетия понадобилось для того, чтобы идея микроскопа, потенциально существовавшая, вероятно, со времени Бэкона, была реализована и оптические линзы начали применяться как прибор, дающий возможность видеть «невидимое». Лишь к концу XVI в. техника изготовления оптических линз и практика их использования дают условия для изготовления микроскопа, и лишь в XVII в. увеличительные стекла находят применение для исследования природы.
На рубеже XVI и XVII вв. почти одновременно были изобретены два прибора, оказавшие неоценимые услуги в науке: телескоп и микроскоп. История изобретения микроскопа выяснена до сих пор недостаточно и часто подменяется непроверенными сведениями.
До недавнего времени большинство историков считало изобретателями микроскопа голландских оптических мастеров Ганса и Захариаса Янсенов (Hans, Zacharias Janssen), занимавшихся в Миддельбурге изготовлением очков. Однако С. Л. Соболь (1941-1943, 1949) на основании критического анализа существующей исторической документации оспаривает это положение. По мнению С. Л. Соболя, изобретению микроскопа предшествовало изобретение телескопа. Первый прототип микроскопа, считает Соболь, был сконструирован Галилеем в 1609-1610 гг. путем удлинения подзорной трубы (изобретенной им несколько ранее) и увеличения расстояния между вогнутым окуляром и выпуклым объективом. Галилей, очевидно, заметил, что при этом зрительная труба увеличивает близко находящиеся мелкие объекты. Добиваясь в дальнейшем получения более короткофокусных линз, Галилей усовершенствовал первоначальную конструкцию микроскопа, уменьшив длину трубы.
Однако последующая конструкция микроскопа пошла по другому пути, на основе оптического инструмента, предложенного Кеплером, где были применены окуляр и объектив в виде одиночных выпуклых линз, что давало обратное (перевернутое) изображение. Идея такого инструмента была выдвинута Кеплером еще в 1611 г., а в 1613-1617 гг. впервые был сконструирован подобный телескоп.
Поэтому, считает С. Л. Соболь, изобретение микроскопа нужно отнести к 1617-1619 гг. Во всяком случае к 1619 г. относится один из первых микроскопов, о которых сохранились сведения, - микроскоп Дреббеля. Корнелиус Дреббель (Cornelius Drebbel, 1572-1634), крестьянин по происхождению, приобрел славу опытами, где незаурядное знание физики перемешивалось с магией, а наука - с шарлатанством. Прожив богатую приключениями жизнь, Дреббель стал астрологом при дворе английского короля Якова I. Дреббель занимался конструкцией ряда физических приборов, в том числе и микроскопов. Изготовленные Дреббелем микроскопы, изобретателем которых он себя выдавал, распространились в Европе, проникнув из Англии во Францию и Италию. Изображена реконструкция микроскопа Дреббеля, выполненная по указанию С. Л. Соболя на основании описания, относящегося к 1619 г. Труба этого микроскопа около полуметра длиной, при диаметре около 5 см; она была сделана из позолоченной меди и поддерживалась тремя медными дельфинами на круглой подставке из черного дерева. На подставку, пишет современник, «клались различные вещи, которые мы рассматривали сверху в увеличенном почти до невероятности виде».
Первые четыре десятилетия конструкция микроскопа прогрессировала медленно, однако вместо объективов типа очковых линз постепенно начинают применять более короткофокусные линзы. Кирхер (Atanasius Kircher, 1601-1680), немецкий естествоиспытатель, издал в Риме сочинение под названием «Великое искусство света и тени» (Ars magna lucis et umbrae), где дал перечень существовавших в то время микроскопов (С. Л. Соболь, 1949).
В начале XVII века к микроскопу относились преимущественно как к любопытной игрушке, с помощью которой, забавы ради, можно рассматривать мелких насекомых и вообще различные мелкие предметы, но который мало кто считал серьезным научным инструментом. «Микроскопы» того времени представляли собой трубку с двумя стеклами по концам; их называли «блошиными» или «комариными стеклами» (vitrium pulicarium), в чем отражалось характерное для этого периода легкомысленное отношение к инструменту, служившему обычно для изумления наблюдателей величиной изображения. Гевелиус (Jan Heveliusz, 1611--1687), выдающийся польский астроном, в своей «Селенографии», изданной в Гданьске, так описывает подобный «микроскоп»: «Микроскоп, который обычно называют комариным стеклом, показывает маленькие тельца и едва ли заметных зверьков в величину верблюда или слона, так что это вызывает большое удивление и забаву. Он состоит из двух стекол и трубки, около дюйма длиной, перед которой располагается объект. Одно стекло, расположенное около глаза, выпуклое, вышлифованное из сегмента небольшого шара, не более двух дюймов в диаметре; другое стекло, лежащее у основания, где располагаются рассматриваемые предметы, - простое плоское стекло, назначение которого пропускать свет». Таким образом, служившие для забавы «микроскопы» представляли собою чаще всего простые лупы, или, как их позже стали называть, «простые микроскопы». Но наряду с этим Гевелиус описывает и «сложный микроскоп» из двух выпуклых линз типа микроскопа Дреббеля, в отношении которого он замечает, что «при этом способе предстоящие мельчайшие объекты, которые ускользают от глаз, явятся более ясными и отчетливыми, чем в первом микроскопе» (т. е. в «блошином стекле»).
Применение микроскопа с научными целями впервые было начато по инициативе Федерико Чези (Federico Cesi, 1585-1630) в римской Academia dei Lincei (к ее составу принадлежал и Галилей). По-видимому, итальянский натуралист Стеллути (Francesco Stelluti, 1577-1646) одним из первых применил микроскоп для изучения биологического объекта - пчелы.
Первые микроскопы никаких осветительных приспособлений и приспособлений для изменения фокуса не имели. Объекты рассматривались в них при дневном освещении в падающем свете. Естественно, что эти микроскопы давали весьма плохое и искаженное изображение.
Первое усовершенствование микроскопа и пропаганда этого прибора в качестве научного инструмента связаны с именем выдающегося английского физика Роберта Гука (Robert Hooke, 1635-1703), впервые обнаружившего при помощи своего микроскопа «клетки» у растений. Таким образом, возникновение понятия о клетке почти совпадает с периодом появления микроскопа и зарождения микроскопии.
Гук был знаком с микроскопом, привезенным Дреббелем в 1619 г. в Англию. Будучи по складу ума изобретателем, Гук заинтересовался новым прибором и поставил перед собой цель реконструировать микроскоп Дреббеля. Гуку удалось создать инструмент, обладавший рядом преимуществ по сравнению с существовавшими микроскопами. В «Микрографии» (1665) Гук дал подробное описание и изображение своего микроскопа. Тубус имел около 8 см в диаметре и около 18 см длины и был снабжен приспособлениями для некоторого изменения расстояния объектива от объекта и изменения наклона трубы. Существенным изменением оптической части микроскопа было введение третьей двояковыпуклой линзы, помещенной между окуляром и объективом; уменьшая изображение, эта линза делала его более отчетливым и увеличивала поле зрения. Объект располагался на небольшом круглом диске или его нанизывали на штифт, расположенный на диске сбоку. К микроскопу был приспособлен осветительный аппарат, состоявший из источника света, наполненного водой стеклянного шара и двояковыпуклой линзы, концентрировавшей свет на объект. Таким образом, и в микроскопе Гука объект рассматривался в падающем свете. При помощи этого микроскопа Гук сделал поразительные по тонкости наблюдения, описание которых в его «Микрографии» сопровождается прекрасными иллюстрациями, показывающими тонкость наблюдений этого первого микроскописта.
Одновременно с Гуком над усовершенствованием микроскопа работал в Риме Эвстахий Дивини (Divini, 1667), внесший существенное улучшение введением окуляра, составленного из двух плосковыпуклых линз, выпуклые поверхности которых были направлены друг к другу. Это создавало плоское поле зрения и более равномерное увеличение различных частей рассматриваемого предмета. Линзы Дивини увеличивали от 41 до 143 раз. Конструкцией микроскопов занимались в Италии еще несколько мастеров, способствовавших распространению нового прибора.
В 1672 г. немецкий оптик Штурм (Sturm) ввел в микроскоп новое улучшение: вместо объектива с одной линзой, он изготовил объективы из двух линз: плосковыпуклой и двояковыпуклой или из двух двояковыпуклых линз с различной кривизной («дублеты»). Таким образом, в практику вводятся микроскопы с комбинацией нескольких линз в окуляре и в объективе. Венский инженер Гриндель фон Ах (Griendel von Ach) сконструировал в 1685 г. микроскоп с 6 линзами. Общий вид этого микроскопа очень схож с описанием микроскопа Дреббеля.
Новое изменение в конструкцию микроскопа ввел (около 1665 г.) итальянец Камяани (Giuseppe Campani), микроскоп которого имел в предметном столике отверстие и зажимы для стеклянных или слюдяных пластинок с объектами. Его микроскоп состоял из двух линз. Ту же конструкцию Тортона (Carl Anton Tortona) применил для своего трехлинзового микроскопа (около 1685 г.). Микроскоп Тортоны состоял из трубки, в верхний конец которой был вставлен окуляр, далее располагалась собирательная линза, а внизу был укреплен объектив. Все линзы представляли собой двояковыпуклые чечевицы. На трубку навинчивалось кольцо, соединенное с объектодержателем, состоящим из двух стекол, между которыми помещался предмет, рассматриваемый в проходящем свете.
Изображена модель микроскопа Бонануса (Bonannus) - одна из наиболее сложных моделей конца XVII в. За основу взят микроскоп Тортоны, дополненный рядом приспособлений. Микроскоп Бонануса сконструирован так, чтобы, прочно фиксировав положение инструмента, освободить руки наблюдателя (микроскопы Тортоны, как и первые микроскопы Бонануса, надо было держать в руках) и сконцентрировать на объекте максимум света. Микроскоп состоит из тубуса (АВ), несущего линзы. Винт Z зажимает вертикальную подачу тубуса, укрепленного в держателе У. Приспособление RTG, деталь которого изображена отдельно, позволяет передвигать тубус вперед и назад, т. е. менять фокусное расстояние. Это первая попытка механического приспособления для установки фокуса при неподвижной фиксации объекта. Объект помещается в особый держатель CD, зажатый между двумя стеклами, вделанными в деревянные пластинки I. Освещается объект лампой Q, свет которой концентрируется конденсором О; конденсор может двигаться по горизонтальной и вертикальной плоскости. В микроскопе Бонануса есть уже зачатки основных механических частей и приспособлений позднейшего микроскопа: механическая подача тубуса, осветитель и предметный столик. Объект рассматривался в проходящем свете; Бонанус снова ввел для этой цели искусственное освещение.
Оптические части его микроскопа состояли из трех или четырех линз, дававших увеличение в 200-300 раз.
Несмотря на все эти нововведения, микроскоп оставался очень несовершенным инструментом, так как при употреблении комбинированных систем линз резко ощущались сферическая и хроматическая аберрации, сильно искажавшие изображения при сколько-нибудь большом увеличении. В этом приходится искать причину того, что некоторые выдающиеся исследователи XVII и XVIII вв. не применяли сложного микроскопа.
Сваммердам - замечательный зоотом XVII в., прославившийся искусством препаровки мелких объектов, особенно насекомых, употреблял лишь простую лупу. Он сконструировал прибор, где можно было быстро сменять лупы разных увеличений, и при помощи этого прибора последовательно переходил от слабых линз к сильным, не прибегая к их комбинированию.
Лёвенгук, второй замечательный голландский микроскопист, также не пользовался настоящим сложным микроскопом. «Микроскопы» Лёвенгука были в действительности лупами. Изображен один из подобных инструментов Лёвенгука. Он представлял собой две серебряные пластинки, имеющие отверстие, в которое вделана линза; позади помещается держатель для объекта. Наблюдатель брал «микроскоп» за особую ручку и рассматривал объекты в проходящем свете. Для различных объектов Лёвенгуку приходилось делать разные держатели, и он делал с этой целью новые инструменты. По собственному заявлению, Лёвенгук обладал 200 «микроскопами», дававшими увеличение от 40 до 270 раз. Только исключительное мастерство в шлифовке стекол позволило Левенгуку изготовлять линзы с таким поразительным увеличением (ведь увеличение в 270 раз достигалось одной линзой), а зоркость наблюдателя позволила Лёвенгуку сделать поразительные открытия.
Таковы инструменты, с которыми работали и сделали выдающиеся открытия микроскописты XVII в. Достойно удивления, как с такими примитивными приборами можно было описывать те порой поразительные по точности детали, которые мы находим в их работах. Очевидно, настойчивость, перспектива открытия новых, никому не известных фактов, помогали преодолевать трудности, которые ставил перед наблюдателем микроскоп в ранний период своего возникновения.
К сказанному нужно добавить, что изучаемые объекты рассматривались без всякой обработки, прямо в воздухе, помещенными на стекло (иногда между двумя стеклами) или наколотыми на иголку. Резкая разница между показателями преломления воздуха и объекта создавала дополнительные трудности для изучения. Наконец, несмотря на исключительное мастерство в шлифовке линз, стекла того времени давали резкую хроматическую аберрацию, особенно чувствительную в сложных микроскопах, где недостатки одной системы стекол усиливались второй системой - окуляром.
Едва ли кто-либо из современных опытных микроскопистов, избалованных новейшими ахроматическими микроскопами, мог бы при помощи инструментов, которыми пользовались в XVII в., рассмотреть то, что видели выдающиеся микроскописты того времени. Простой современный школьный микроскоп представляет собой шедевр, с которым эти старинные микроскопы нельзя сравнивать. И тем не менее с их помощью открывали замечательные факты. Одним из них явилось открытие в XVII в. клеточного строения растений.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
История и изобретение микроскопа связано с тем, что с древних времен человек хотел видеть гораздо меньшие предметы, чем позволял невооруженный человеческий глаз. Хотя первое использование линзы из-за давности времени остается неизвестным, считается, что использование эффекта преломления света использовалось более чем 2000 лет назад. Во 2-м веке до нашей эры Клавдий Птолемей описал свойства света в бассейне с водой и точно рассчитал константу преломления воды.
В течение 1 века нашей эры (год 100), было изобретено стекло и римляне глядя через стекло его тестировали. Они экспериментировали с различными формами прозрачного стекла и один из их образцов был толще в середине и тоньше по краям. Они обнаружили, что объект через такое стекло будет выглядеть больше.
Слово «линза» на самом деле происходит от латинского слова «чечевица», они назвали потому, что напоминает форму бобового растения чечевица.
В то же время римский философ Сенека описывает фактическое увеличение через кувшин с водой «…письма, малые и невнятные, рассматриваются расширенные и более четкие через стеклянный кувшин, заполненный водой». Далее линзы не применялись до конца XIII века до . Затем около 1600 г, было обнаружено, что оптические инструменты могут быть сделаны с использованием линзы.
Первые оптические приборы
Ранние простые оптические приборы были с увеличительными стеклами и имели увеличение обычно около 6 x – 10 х. В 1590 году, два голландских изобретателя Ганс Янсен и его сын Захарий при шлифовке линз вручную обнаружили, что сочетание двух линз позволило увеличить изображение предмета в несколько раз.
Они смонтировали несколько линз в трубку и сделали очень важное открытие – изобретение микроскопа .
Их первые устройства были новизной, чем научный инструмент, поскольку максимальное увеличение было до 9 х. Первый микроскоп, сделанный для голландской королевской знати имел 3 раздвижные трубы, 50 см в длину и 5 см в диаметре. Было указано, что устройство имело увеличение от 3 x до 9 x когда полностью раскрыто.
Микроскоп Левенгука
Другой голландский ученый Антони ван Левенгук (1632-1723), считается одним из пионеров микроскопии, в конце XVII века стал первым человеком реально использовавшим изобретение микроскопа на практике.
Ван Левенгук достиг большего успеха, чем его предшественники путем разработки способа изготовления линзы путем шлифовки и полировки. Он достиг увеличения до 270 x, лучшее известное на то время. Это увеличение дает возможность просматривать объекты размером одна миллионная метра.
Антони Левенгук стал более активно участвовать в науке со своим новым изобретением микроскопа. Он мог видеть вещи, которые никто никогда не видел раньше. Он впервые увидел бактерии, плавающие в капле воды. Он отметил ткани растений и животных, клетки спермы и клетки крови, минералы, окаменелости и многое другое. Он также обнаружил нематод и коловраток (микроскопических животных) и обнаружил бактерии, глядя на образцы зубного налета от своих собственных зубов.
Люди стали понимать, что увеличение может выявить структуры, которые никогда не видели раньше – гипотеза, что все сделано из крошечных компонентов, невидимых невооруженным глазом тогда еще не рассматривалась.
Работы Антони Левенгука в дальнейшем развил английский ученый Роберт Гук, который опубликовал результаты микроскопических исследований «Микрография» в 1665 году. Роберт Гук описал подробные исследования в области микробиологии.
Англичанин Роберт Гук открыл микроскопическую веху и основную единицу всей жизни – клетку. В середине XVII века Гук увидел структурные клетки во время изучения образца, который напомнил ему о небольших монастырских комнатах. Гуку также приписывают быть первым, который использовал конфигурацию трех основных линз, как сегодня используют после изобретения микроскопа.
В 18-19 веках не так много изменений в конструкции основного микроскопа было введено. Были разработаны линзы с использованием более чистого стекла и различной формы для решения таких проблем, как искажение цвета и разрешение плохого изображения. В конце 1800-х годов немецкий физик-оптик Эрнст Аббе обнаружил, что покрытые маслом линзы предотвращают искажение света при высоком разрешении. Изобретение микроскопа помогло великому русскому учёному-энциклопедисту Ломоносову в середине 18 века проводить свои опыты двигать русскую науку.
Современное развитие микроскопии
В 1931 году немецкие ученые начали работать над изобретением электронного микроскопа. Этот вид прибора фокусирует электроны на образце и формируют изображение, которое может быть захвачено электронно чувствительным элементом. Эта модель позволяет ученым просмотреть очень мелкие детали с усилением до одного миллиона раз. Единственным недостатком является то, что живые клетки не могут наблюдаться электронным микроскопом. Однако цифровые и другие новые технологии создали новый прибор для микробиологов.
Немцы Эрнст Руска и доктор Макс Кноль, сначала создали «линзу» магнитного поля и электрического тока. К 1933 году ученые построили электронный микроскоп, который превзошел пределы увеличения оптического микроскопа на то время.
Эрнст получил Нобелевскую премию по физике в 1986 году за свою работу. Электронный микроскоп может достичь гораздо более высокого разрешения, так как длина волны электрона меньше, чем длина волны видимого света, в особенности, когда электрон ускоряется в вакууме.
Световая и электронная микроскопия продвинулаясь в 20-м веке. Сегодня увеличительные приборы используют флуоресцентные метки или поляризационные фильтры для просмотра образцов. Более современные используют для захвата и анализа изображений, которые не видны человеческому глазу.
Изобретение микроскопа в 16 веке позволило создать уже отражающие, фазовые, контрастные, конфокальные и даже ультрафиолетовые устройства .
Современные электронные устройства могут дать изображение даже одного атома.
Что ни говорите, а микроскоп является одним из важнейших инструментов ученых, одним из главных их оружий в познании окружающего мира. Как появился первый микроскоп, какая история микроскопа от средних веков и до наших дней, какое строение микроскопа и правила работы с ним, ответы на все эти вопросы Вы найдете в нашей статье. Итак, приступим.
История создания микроскопа
Хотя первые увеличительные линзы, на основе которых собственно и работает световой микроскоп, археологи находили еще при раскопках древнего Вавилона, тем не менее, первые микроскопы появились в Средневековье. Что интересно, среди историков нет согласия по поводу того, кто первым изобрел микроскоп. Среди кандидатов на эту почтенную роль такие известные ученые и изобретатели как Галилео Галилей, Христиан Гюйгенс, Роберт Гук и Антонии ван Левенгук.
Стоит также упомянуть итальянского врача Г. Фракосторо, который еще в далеком 1538 году первым предложил совместить несколько линз, чтобы получить больший увеличительный эффект. Это еще не было созданием микроскопа, но стало предтечей его возникновения.
А в 1590 году некто Ханс Ясен, голландский мастер по созданию очков заявил, что его сын – Захарий Ясен – изобрел первый микроскоп, для людей Средневековья такое изобретение было сродни маленькому чуду. Однако, ряд историков сомневается в том, является ли Захарий Ясен истинным изобретателем микроскопа. Дело в том, что в его биографии немало темных пятен, в том числе пятен и на его репутации, так современники обвиняли Захарию в фальшивомонетчестве и краже чужой интеллектуальной собственности. Как бы там ни было, но точно узнать был ли Захарий Ясен изобретателем микроскопа или нет, мы, к сожалению, не можем.
А вот репутация Галилео Галилея в этом плане безупречна. Этого человека мы знаем, прежде всего, как, великого астронома, ученого, гонимого католической церковью за свои убеждения о том, что Земля вращается вокруг , а не наоборот. Среди важных изобретений Галилея – первый телескоп, с помощью которого ученый проник своим взором в космические сферы. Но сфера его интересов не ограничивалась лишь звездами и планетами, ведь микроскоп, это по сути тот же телескоп, но только наоборот. И если с помощью увеличительных линз можно наблюдать за далекими планетами, то почему бы не обратить их мощь в другое направление – изучить то, что находится у нас «под носом». «Почему бы и нет», – наверное, подумал Галилей, и вот, в 1609 году он уже представляет широкой публике в Академии деи Личеи свой первый составной микроскоп, который состоял из выпуклой и вогнутой увеличительных линз.
Старинные микроскопы.
Позднее, спустя 10 лет, голландский изобретатель Корнелиус Дреббель усовершенствовал микроскоп Галилея, добавив в него еще одну выпуклую линзу. Но настоящую революцию в развитии микроскопов совершил Христиан Гюйгенс, голландский физик, механик и астроном. Так он первым создал микроскоп с двухлинзовой системой окуляров, которые регулировались ахроматически. Стоит заметить, что окуляры Гюйгенса применяются и по сей день.
А вот знаменитый английский изобретатель и ученый Роберт Гук навеки вошел в историю науки, не только как создатель собственного оригинального микроскопа, но и как человек, сделавший при его помощи великое научное открытие. Именно он первым увидел через микроскоп органическую клетку, и предположил, что все живые организмы состоят из клеток, этих мельчайших единиц живой материи. Результаты своих наблюдений Роберт Гук опубликовал в своем фундаментальном труде – Микрографии.
Опубликованная в 1665 году Лондонским королевским обществом, эта книга тут же стала научным бестселером тех времен и произвела подлинный фурор в научном сообществе. Еще бы, ведь в ней имелись гравюры с изображением увеличенной в микроскоп , вши, мухи, клетки растения. По сути, этот труд представлял собой удивительное описание возможностей микроскопа.
Интересный факт: термин «клетка» Роберт Гук взял потому, что клетки растений ограниченные стенами напомнили ему монашеские кельи.
Так выглядел микроскоп Робета Гука, изображение из «Микрографии».
И последним выдающимся ученым, который внес свой вклад в развитие микроскопов, был голландец Антонии ван Левенгук. Вдохновленный трудом Роберта Гука, «Микрографией», Левенгук создал свой собственный микроскоп. Микроскоп Левенгука, хотя и обладал лишь одной линзой, но она была чрезвычайно сильной, таким образом, уровень детализации и увеличения у его микроскопа был лучшим на то время. Наблюдая в микроскоп живую природу, Левенгук сделал множество важнейших научных открытий в биологии: он первым увидел эритроциты, описал бактерии, дрожжи, зарисовал сперматозоиды и строение глаз насекомых, открыл и описал многие их формы. Работы Левенгука дали огромный толчок к развитию биологии, и помогли привлечь внимание биологов к микроскопу, сделали его неотъемлемой частью биологических исследований, аж по сей день. Такая в общих чертах история открытия микроскопа.
Виды микроскопов
Далее с развитием науки и техники стали появляться все более совершенные световые микроскопы, на смену первому световому микроскопу, работающему на основе увеличительных линз, пришел микроскоп электронный, а затем и микроскоп лазерный, микроскоп рентгеновский, дающие в разы более лучший увеличительный эффект и детализацию. Как же работают эти микроскопы? Об этом дальше.
Электронный микроскоп
История развития электронного микроскопа началась в 1931 году, когда некто Р. Руденберг получил патент на первый просвечивающий электронный микроскоп. Затем в 40-х годах прошлого века появились растровые электронные микроскопы, достигшие своего технического совершенства уже в 60-е годы прошлого века. Они формировали изображение объекта благодаря последовательному перемещению электронного зонда малого сечения по объекту.
Как работает электронный микроскоп? В основе его работы лежит направленный пучок электронов, ускоренный в электрическом поле и выводящий изображение на специальные магнитные линзы, этот электронный пучок намного меньше длины волн видимого света. Все это дает возможность увеличить мощность электронного микроскопа и его разрешающую способность в 1000-10 000 раз по сравнению с традиционным световым микроскопом. Это главное преимущество электронного микроскопа.
Так выглядит современный электронный микроскоп.
Лазерный микроскоп
Лазерный микроскоп представляет собой усовершенствованную версию электронного микроскопа, в основе его работы лежит лазерный пучок, позволяющий взору ученого наблюдать живые ткани на еще большой глубине.
Рентгеновский микроскоп
Рентгеновские микроскопы используются для исследования очень маленьких объектов, имеющих размеры сопоставимые с размерами рентгеновской волны. В основе их работы лежит электромагнитное излучение с длиной волны от 0,01 до 1 нанометра.
Устройство микроскопа
Конструкция микроскопа зависит от его вида, разумеется, электронный микроскоп будет отличаться своим устройством от светового оптического микроскопа или от рентгеновского микроскопа. В нашей статье мы рассмотрим строение обычного современного оптического микроскопа, который является наиболее популярным как среди любителей, так и профессионалов, так как с их помощью можно решить множество простых исследовательских задач.
Итак, прежде всего в микроскопе можно выделить оптическую и механическую части. К оптической части относится:
- Окуляр – это та часть микроскопа, которая прямо связана с глазами наблюдателя. В самых первых микроскопах он состоял из одной линзы, конструкция окуляра в современных микроскопах, разумеется, несколько сложнее.
- Объектив – практически самая важная часть микроскопа, так как именно объектив обеспечивает основное увеличение.
- Осветитель – отвечает за поток света на исследуемый объект.
- Диафрагма – регулирует силу светового потока, поступающего на исследуемый объект.
Механическая часть микроскопа состоит из таких важных деталей как:
- Тубус, он представляет собой трубку, в которой заключается окуляр. Тубус должен быть прочным и не деформироваться, так как иначе пострадают оптические свойства микроскопа.
- Основание, оно обеспечивает устойчивость микроскопа во время работы. Именно на него крепится тубус, держатель конденсатора, ручки фокусировки и другие детали микроскопа.
- Револьверная головка – применяется для быстрой смены объективов, в дешевых моделях микроскопов отсутствует.
- Предметный столик – это то место, на котором размещается исследованный объект или объекты.
А тут на картинке изображено более подробное строение микроскопа.
Правила работы с микроскопом
- Работать с микроскопом необходимо сидя;
- Перед работой микроскоп необходимо проверить и протереть от пыли мягкой салфеткой;
- Установить микроскоп перед собой немного слева;
- Начинать работу стоит с малого увеличения;
- Установить освещение в поле зрения микроскопа, используя электроосветитель или зеркало. Глядя одним глазом в окуляр и пользуясь зеркалом с вогнутой стороной, направить свет от окна в объектив, а затем максимально и равномерно осветить поле зрения. Если микроскоп снабжен осветителем, то подсоединить микроскоп к источнику питания, включить лампу и установить необходимую яркость горения;
- Положить микропрепарат на предметный столик так, чтобы изучаемый объект находился под объективом. Глядя сбоку, опускать объектив при помощи макровинта до тех пор, пока расстояние между нижней линзой объектива и микропрепаратом не станет 4-5 мм;
- Передвигая препарат рукой, найти нужное место, расположить его в центре поля зрения микроскопа;
- Для изучения объекта при большом увеличении, сначала нужно поставить выбранный участок в центр поля зрения микроскопа при малом увеличении. Затем поменять объектив на 40 х, поворачивая револьвер, так чтобы он занял рабочее положение. При помощи микрометренного винта добиться хорошего изображения объекта. На коробке микрометренного механизма имеются две черточки, а на микрометренном винте – точка, которая должна все время находиться между черточками. Если она выходит за их пределы, ее необходимо возвратить в нормальное положение. При несоблюдении этого правила, микрометренный винт может перестать действовать;
- По завершении работы с большим увеличением, установить малое увеличение, поднять объектив, снять с рабочего столика препарат, протереть чистой салфеткой все части микроскопа, накрыть его полиэтиленовым пакетом и поставить в шкаф.
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.
Загрузка...