Μια σύντομη ιστορία του μικροσκοπίου

Κατά τη διάρκεια αυτής της ιστορικής περιόδου γνωστή ως Αναγέννηση, μετά το "σκοτεινό" Μεσαίωνας, έγιναν οι εφευρέσεις του εκτύπωση, πυρίτιδα και του ναυτικού πυξίδα, ακολουθούμενη από την ανακάλυψη της Αμερικής. Εξίσου αξιοσημείωτη ήταν η εφεύρεση του μικροσκοπίου φωτός: ένα όργανο που επιτρέπει στο ανθρώπινο μάτι, με τη βοήθεια ενός φακού ή συνδυασμών φακών, να παρατηρεί μεγάλες εικόνες μικροσκοπικών αντικειμένων. Κάνοντας ορατές τις συναρπαστικές λεπτομέρειες των κόσμων μέσα στους κόσμους.

Πολύ παλαιότερα, στο θολό ηχογραφημένο παρελθόν, κάποιος πήρε ένα κομμάτι διαφανή κρυστάλλινο παχύτερο στη μέση παρά στις άκρες, κοίταξε μέσα του και ανακάλυψε ότι έκανε τα πράγματα να μοιάζουν μεγαλύτερα. Κάποιος βρήκε επίσης ότι ένα τέτοιο κρύσταλλο θα εστίαζε τις ακτίνες του ήλιου και έβαλε φωτιά σε ένα κομμάτι περγαμηνής ή πανί. Μεγάλες και "γυαλιά καψίματος" ή "μεγεθυντικά γυαλιά" αναφέρονται στα γραπτά του Σενέκα και του Πλίνιου του Γέροντος, Ρωμαίοι φιλόσοφοι κατά τον πρώτο αιώνα Α. Δ., Αλλά προφανώς δεν χρησιμοποιήθηκαν πολύ μέχρι την εφεύρεση του

Το πιό πρόωρο απλό μικροσκόπιο ήταν απλώς ένας σωλήνας με πλάκα για το αντικείμενο στο ένα άκρο και, από την άλλη, ένας φακός ο οποίος έδωσε μεγέθυνση μικρότερη από δέκα διαμέτρους - δέκα φορές το πραγματικό μέγεθος. Αυτά τα ενθουσιασμένα γενικά θαύματα όταν χρησιμοποιήθηκαν για να δουν τους ψύλλους ή τα μικροσκοπικά ερπυστικά πράγματα και έτσι ονομάστηκαν "γυαλιά ψύλλων".

Περίπου το 1590, δύο ολλανδοί κατασκευαστές γυαλιών, ο Zaccharias Janssen και ο γιος του Χανς, ενώ πειραματίστηκαν με διάφορους φακούς σε ένα σωλήνα, ανακάλυψαν ότι τα κοντινά αντικείμενα εμφανίστηκαν πολύ μεγάλες. Αυτός ήταν ο πρόδρομος του σύνθετου μικροσκοπίου και του μικροσκοπίου τηλεσκόπιο. Το 1609, Γαλιλαίος, πατέρας της σύγχρονης φυσικής και αστρονομίας, άκουσε για αυτά τα πρώτα πειράματα, επεξεργάστηκε τις αρχές των φακών και έκανε ένα πολύ καλύτερο όργανο με μια συσκευή εστίασης.

Ο πατέρας της μικροσκοπίας, Anton van Leeuwenhoek της Ολλανδίας, ξεκίνησε ως μαθητευόμενος σε ένα κατάστημα ξηρών ειδών, όπου χρησιμοποιήθηκαν μεγεθυντικοί φακοί για να μετρήσουν τα νήματα σε ύφασμα. Δίδαξε νέες μεθόδους για λείανση και στίλβωση μικροσκοπικών φακών μεγάλης καμπυλότητας που έδωσαν μεγεθύνσεις έως και 270 διαμέτρους, τις καλύτερες που ήταν γνωστές την εποχή εκείνη. Αυτά οδήγησαν στην κατασκευή των μικροσκοπίων του και των βιολογικών ανακαλύψεων για τα οποία είναι διάσημος. Ήταν ο πρώτος που έβλεπε και περιγράφει τα βακτηρίδια, τα φυτά ζύμης, τη γεμάτη ζωή σε μια σταγόνα νερού και την κυκλοφορία των αιμοσφαιρίων σε τριχοειδή αγγεία. Κατά τη διάρκεια μιας μακράς ζωής, χρησιμοποίησε τους φακούς του για να κάνει πρωτοπόρες μελέτες για μια εξαιρετική ποικιλία πραγμάτων, τόσο ζωντανή όσο και μη-ζωντανός και ανέφερε τα ευρήματά του σε πάνω από εκατό γράμματα στην Βασιλική Εταιρεία της Αγγλίας και τη Γαλλική Ακαδημία.

Robert Hooke, ο πατέρας της αγγλικής μικροσκοπίας, επιβεβαίωσε τις ανακαλύψεις του Anton van Leeuwenhoek σχετικά με την ύπαρξη μικροσκοπικών οργανισμών που ζουν σε μια σταγόνα νερού. Ο Hooke έγραψε ένα αντίγραφο του μικροσκοπίου φωτός του Leeuwenhoek και στη συνέχεια βελτίωσε τη σχεδίασή του.

Αργότερα, λίγες σημαντικές βελτιώσεις έγιναν μέχρι τα μέσα του 19ου αιώνα. Στη συνέχεια, αρκετές ευρωπαϊκές χώρες άρχισαν να κατασκευάζουν εξαιρετικό οπτικό εξοπλισμό, αλλά κανένα λεπτότερο από τα θαυμάσια όργανα που κατασκευάστηκαν από τον Αμερικανό, τον Charles A. Τον Spencer και τη βιομηχανία που ίδρυσε. Τα όργανα της σημερινής ημέρας, άλλα αλλά ελάχιστα, δίνουν μεγεθύνσεις μέχρι 1250 διαμέτρους με συνηθισμένο φως και μέχρι 5000 με μπλε φως.

Ένα μικροσκόπιο φωτός, ακόμη και ένα με τέλειους φακούς και τέλειο φωτισμό, απλά δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διακρίνει αντικείμενα που είναι μικρότερα από το ήμισυ του μήκους κύματος του φωτός. Το λευκό φως έχει ένα μέσο μήκος κύματος 0,55 μικρόμετρα, το μισό των οποίων είναι 0,275 μικρόμετρα. (Ένα μικρόμετρο είναι ένα χιλιοστό του χιλιοστού και υπάρχουν περίπου 25.000 μικρόμετρα σε μια ίντσα. Μικρόμετρα ονομάζονται επίσης μικρά.) Οποιεσδήποτε δύο γραμμές που είναι πιο κοντά από τα 0.275 μικρόμετρα θα θεωρούνται α μονής γραμμής και οποιοδήποτε αντικείμενο με διάμετρο μικρότερο από 0.275 μικρομέτρα θα είναι αόρατο ή, στην καλύτερη περίπτωση, θα εμφανίζεται ως θολούρα. Για να δούμε μικροσκοπικά σωματίδια κάτω από ένα μικροσκόπιο, οι επιστήμονες πρέπει να παρακάμψουν εντελώς το φως και να χρησιμοποιήσουν ένα διαφορετικό είδος «φωτισμού», ένα με μικρότερο μήκος κύματος.

Η εισαγωγή του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου στη δεκαετία του 1930 πλήρωσε τον λογαριασμό. Συν-εφευρέθηκε από τους Γερμανούς, Max Knoll, και Ernst Ruska το 1931, Ernst Ruska απονεμήθηκε το ήμισυ του βραβείου Νόμπελ Φυσικής το 1986 για την εφεύρεσή του. (Το άλλο μισό του βραβείο Νόμπελ διαιρέθηκε μεταξύ του Heinrich Rohrer και του Gerd Binnig για το STM.)

Σε αυτό το είδος μικροσκοπίου, τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται σε κενό μέχρι το μήκος κύματος τους να είναι εξαιρετικά σύντομο, μόνο εκατό χιλιοστά από το λευκό φως. Οι δέσμες αυτών των ταχέως κινούμενων ηλεκτρονίων επικεντρώνονται σε ένα δείγμα κυττάρου και απορροφώνται ή διασκορπίζονται από τα τμήματα του κυττάρου έτσι ώστε να σχηματίζουν μια εικόνα σε μια ηλεκτρονική ευαίσθητη φωτογραφική πλάκα.

Αν ωθηθεί στο όριο, τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια μπορούν να επιτρέψουν την προβολή αντικειμένων τόσο μικρών όσο η διάμετρος ενός ατόμου. Τα περισσότερα ηλεκτρονικά μικροσκόπια που χρησιμοποιούνται για τη μελέτη βιολογικών υλικών μπορούν να "βλέπουν" κάτω από περίπου 10 angstroms - ένα απίστευτο κατόρθωμα, για αν και αυτό δεν κάνει τα άτομα ορατά, επιτρέπει στους ερευνητές να διακρίνουν μεμονωμένα μόρια βιολογικών σημασια. Στην πραγματικότητα, μπορεί να μεγεθύνει αντικείμενα έως και 1 εκατομμύριο φορές. Παρ 'όλα αυτά, όλα τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια υποφέρουν από ένα σοβαρό μειονέκτημα. Δεδομένου ότι κανένα ζωντανό δείγμα δεν μπορεί να επιβιώσει υπό το υψηλό κενό του, δεν μπορεί να δείξει τις συνεχώς μεταβαλλόμενες κινήσεις που χαρακτηρίζουν ένα ζωντανό κύτταρο.

Χρησιμοποιώντας ένα όργανο με το μέγεθος της παλάμης του, ο Anton van Leeuwenhoek ήταν σε θέση να μελετήσει τις κινήσεις των μονοκύτταρων οργανισμών. Οι σύγχρονοι απόγονοι του μικροσκοπίου φωτός του van Leeuwenhoek μπορεί να είναι πάνω από 6 πόδια ψηλό, αλλά εξακολουθούν να είναι απαραίτητοι σε βιολόγους κυττάρων, διότι, αντίθετα με τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια, τα μικροσκόπια φωτός δίνουν τη δυνατότητα στο χρήστη να δει τα ζωντανά κύτταρα μέσα δράση. Η πρωταρχική πρόκληση για τους μικροσκοπικούς μικροσκόπια από την εποχή του van Leeuwenhoek ήταν να ενισχύσει την αντίθεση μεταξύ των ωχρών κυττάρων και του πιο ζεστού περιβάλλοντός τους, έτσι ώστε οι κυτταρικές δομές και η κίνηση να μπορούν να δουν περισσότερο εύκολα. Για να γίνει αυτό, έχουν επινοήσει έξυπνες στρατηγικές που περιλαμβάνουν βιντεοκάμερες, πολωμένο φως, ψηφιοποίηση υπολογιστές και άλλες τεχνικές που αποφέρουν τεράστιες βελτιώσεις, αντίθετα, τροφοδοτούν την αναγέννηση στο φως μικροσκοπία.