Главная > Техника > Микроскопы
Техника
  • Клуб здорового образа жизни и омоложения, Клуб ЗОЖ

  • Клуб здорового образа жизни и омоложения, Клуб ЗОЖ


Микроскопы. История создания микроскопов.

 Микроскопы. История создания микроскопов.

Микроскопы.

Микроскоп  - это прибор, предназначенный для получения увеличенных изображений мелких объектов, не видимых или плохо видимых невооружённым глазом.

Совокупность же технологий и методов, которые используются для практического использования микроскопов, называют микроскопией.

 

История создания микроскопов.

Изобретение микроскопа, столь важного для всей науки прибора было обусловлено, прежде всего, развитием оптики.

Некоторые оптические свойства изогнутых прозрачных тел и поверхностей были известны еще Евклиду (300 лет до н.э.) и Птоломею (127-151 гг.), однако их открытая увеличительная способность не сразу нашла практическое применение. Первые очки были изобретены Сальвинио дели Арлеати в Италии только в 1285 году.

В 16 веке Леонардо да Винчи и Мауролико показали, что малые объекты лучше изучать с помощью лупы.

Расположить две линзы на одной оси так, чтобы получить эффект большого увеличения, впервые предложил итальянский врач Дж. Фракасторо, в 1538 году.

Первые сведения о подобном приборе относятся к 1590 году. Этот микроскоп был изготовлен в Голландии Иоанном Липперсгеем и Захарием Янсеном, которые занимались изготовлением очков.

Быстрое распространение и совершенствование микроскопов началось после того, как Галилей, совершенствуя сконструированную им зрительную трубу, стал использовать ее как своеобразный микроскоп (1609-1610), изменяя расстояние между объективом и окуляром.

Позднее, в 1624 году, добившись изготовления более короткофокусных линз, Галилей значительно уменьшил габариты своего микроскопа.

В 1625 году член Римской «Академии зорких» И. Фабер предложил для наименования данного прибора термин «микроскоп».

Первые успехи, связанные с применением микроскопа в научных биологических исследованиях, были достигнуты Гуком, который первым описал растительную клетку (около 1665 года).

Вот как, голландец Левенгук описывал изумительные чудеса, которые открывал своим микроскопом в капле воды, в настое перца, в иле реки, в дупле собственного зуба. Левенгук с помощью микроскопа обнаружил и зарисовал сперматозоиды различных простейших, детали строения костной ткани (1673-1677).

Левенгук писал: «С величайшим изумлением я увидел в капле великое множество зверюшек, оживленно двигающихся во всех направлениях, как щука в воде. Самое мелкое из этих крошечных животных в тысячу раз меньше глаза взрослой вши.»

Лучшие лупы Левенгука увеличивали в 270 раз. С ними он увидел впервые кровеносные тельца, движение крови в капиллярных сосудах хвоста головастика, полосатость мускулов.

Левенгук открыл инфузории. Он впервые погрузился в мир микроскопических одноклеточных водорослей, где лежит граница между животным и растением; где движущееся животное, как зеленое растение, обладает хлорофиллом и питается, поглощая свет; где растение, еще прикрепленное к субстрату, потеряло хлорофилл и заглатывает бактерии.

Левенгук наблюдал даже бактерии и в великом разнообразии. Но, разумеется, тогда не было еще и отдаленной возможности понять ни значение бактерий для человека, ни смысла зеленого вещества - хлорофилла, ни границы между растением и животным.

С Помощью микроскопа ученым открывался новый мир живых существ, более разнообразный и бесконечно более оригинальный, чем видимый нами мир.

В 1668 году Е. Дивини, присоединив к окуляру полевую линзу, создал окуляр современного типа. В 1673 году Гавелий ввел микрометрический винт, а Гертель предложил под столик микроскопа поместить зеркало. Таким образом, микроскоп стали монтировать из тех основных деталей, которые входят в состав современного биологического микроскопа.

В 1824 году большой эффект в развитие микроскопа дала простая практическая идея Саллига, воспроизведенная французской фирмой Шевалье. Объектив, раньше состоявший из одной линзы, был расчленен на части, его начали изготовлять из многих ахроматических линз. Так было увеличено число параметров, дана возможность исправления ошибок оптической системы, и стало впервые возможным говорить о настоящих больших увеличениях - в 500 и даже 1000 раз. Граница предельного видения передвинулась от двух к одному микрону. Далеко позади оставлен микроскоп Левенгука.

В 1870-х годах победоносное шествие микроскопии связано с именем немецкого физика-оптика и астронома Эрнста Карла Аббе.

Достигнуто было следующее:

Во-первых, предельное разрешение передвинулось от полумикрона до одной десятой микрона.

Во-вторых, в построении микроскопа вместо грубой эмпирики введена высокая научность.

В-третьих, наконец, показаны пределы возможного с микроскопом, и эти пределы завоеваны.

При фирме Цейсса был собрана группа ученых , физиков-оптиков и математиков-вычислителей. В научных трудах учениками Аббе была изложена теория микроскопа и вообще оптических приборов. Выработана система измерений, определяющих качество микроскопа.

Когда выяснилось, что существующие сорта стекол не могут удовлетворить научным требованиям, планомерно были созданы новые сорта оптического стекла.

Наконец, использовав основы волновой теории света, Аббе впервые ясно показал, что каждой остроте инструмента соответствует свой предел возможности. Тончайший же из всех инструментов - это длина волны. С помощью оптического микроскопа нельзя видеть объекты меньше полудлины волны – так утверждает дифракционная теория Аббе,- и нельзя получить изображения меньше полудлины волны, т.е. меньше 1/4 микрона.

Однако, сама длина волны была измерена физиками с точностью до одной десятимиллионной своей величины. Можно ли думать, что оптики, соединившие свои усилия с цитологами, не овладеют той сотой длины волны, которая стоит в поставленной ими задаче? Найдутся десятки способов обойти предел, поставленный длиной волны.

Один из таких обходов, так называемый метод ультрамикроскопии. Если невидимые в микроскоп микробы расставлены далеко друг от друга, то можно осветить их сбоку ярким светом. Как бы они малы ни были, они заблестят, как звезда на темном фоне. Форму их нельзя определить, можно лишь констатировать их присутствие, но и это часто чрезвычайно важно. Этим методом широко пользуется бактериология.

Труды английского оптика Дж. Сиркса заложили основы интерференционной микроскопии. В 1903 году Р. Жигмонди и Зидентопф создали ультрамикроскоп, в 1911 году Саньяком был описан первый двухлучевой интерференционный микроскоп, в 1935 году Зернике предложил использовать метод фазового контраста для наблюдения в микроскопах прозрачных, слабо рассеивающих свет объектов.

 

Виды микроскопов.

 Микроскопы. История создания микроскопов. Оптические микроскопы.

Оптические микроскопы (ОМ).

Человеческий глаз представляет собой естественную оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, т. е. наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта (воспринимаемыми как точки или линии), при котором они ещё могут быть отличны один от другого. Для нормального глаза при удалении от объекта на т. н. расстояние наилучшего видения (D = 25 см), среднестатистическое нормальное разрешение составляет ~0,2 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т. п. значительно меньше этой величины.

До середины XX века исследователи работали только с видимым оптическим излучением, в диапазоне 400—700 нм, а также с ближним ультрафиолетом (люминесцентный микроскоп). Оптические микроскопы не могли давать разрешающей способности менее полупериода волны опорного излучения (диапазон длин волн 0,2—0,7 мкм, или 200-700 нм). Таким образом, оптический микроскоп способен различать структуры с расстоянием между точками до ~0,20 мкм, поэтому максимальное увеличение, которого можно было добиться, составляло ~2000 крат.

С помощью оптических микроскопов учёные изучают состав тканей растений и животных, исследуют поверхности веществ и их структуру, строение минералов и др.

Оптические стереомикроскопы.

Увидеть объёмное изображение исследуемого объекта позволяют стереомикроскопы. Их используют в своей работе микрохирурги,  стоматологи,  офтальмологи, часовщики, наладчики микроэлектронных устройств и др. От этих микроскопов не требуется большое разрешение. Их задача - обеспечить большую глубину резкости. Поэтому они увеличивают всего лишь в несколько десятков раз. В них нет предметных столиков и систем освещения. Их конструируют таким образом, чтобы от точки наблюдения до объектива было довольно большое расстояние, позволяющее проводить работы.

Оптические люминесцентные микроскопы.

Микроскопы. История создания микроскопов. Оптические люминесцентные микроскопы. 

Для проведения иммунологических исследований предназначены люминесцентные микроскопы. Они дают возможность изучать объекты, которые светятся под действием ультрафиолетового излучения. Подсветка в них делается ультрафиолетовым светом прямо через объектив. После этого возникает свечение исследуемого вещества.

Оптические измерительные микроскопы.

В технике и машиностроении, в научных лабораториях применяют измерительные микроскопы, служащие для определения угловых и линейных размеров исследуемого предмета.

 

Электронные микроскопы (ЭМ).

Пучок электронов, которые обладают свойствами не только частицы, но и волны, может быть использован в микроскопии.

Длина волны электрона зависит от его энергии, а энергия электрона равна E = Ve, где V - разность потенциалов, проходимая электроном, e - заряд электрона. Длины волн электронов при прохождении разности потенциалов 200 000 В составляет порядка 0,1 нм. Электроны легко фокусировать электромагнитными линзами, так как электрон - заряженная частица. В электронном микроскопе полученное электронное изображение переводится в видимое, и отображается на экране.

Разрешающая способность электронного микроскопа в 1000-10000 раз превосходит разрешение традиционного оптического микроскопа и для лучших современных приборов может быть меньше одного ангстрема.

Когда появились электронные микроскопы?

В 1931 году Р. Руденберг получил патент на просвечивающий электронный микроскоп, а в 1932 году М. Кнолль и Э. Руска создали первый прототип электронного микроскопа. Эта работа Э. Руски в 1986 году была отмечена Нобелевской премией по физике, которую присудили ему и изобретателям сканирующего зондового микроскопа Герду Карлу Биннигу и Генриху Рореру. Использование просвечивающего электронного микроскопа для научных исследований было начато в конце 1930-х годов и тогда же появился первый коммерческий прибор, построенный фирмой Siemens.

В конце 1930-х - начале 1940-х годов появились первые растровые электронные микроскопы, формирующие изображение объекта при последовательном перемещении электронного зонда малого сечения по объекту. Массовое применение этих приборов в научных исследованиях началось в 1960-х годах, когда они достигли значительного технического совершенства.

 

Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ).

Сканирующие зондовые микроскопы - класс микроскопов, принцип работы которых основан на сканировании поверхности зондом.

В сканирующих зондовых микроскопах изображение получают путём регистрации взаимодействий между зондом и поверхностью. В таких приборах возможно регистрировать взаимодействие зонда с отдельными атомами и молекулами, благодаря этому СЗМ по разрешающей способности сопоставимы с электронными микроскопами, а по некоторым параметрам превосходят их.

Когда появились сканирующие зондовые микроскопы?

Сканирующий зондовый микроскоп в современном виде изобретен (принципы работы этого класса микроскопов были заложены ранее другими исследователями) Гердом Карлом Биннигом и Генрихом Рорером в 1981 году. За это изобретение, в 1986 году, ученые были удостоены Нобелевской премии по физике, которая была разделена между ними и изобретателем просвечивающего электронного микроскопа Э. Руска.

 

Рентгеновские микроскопы. 

Рентгеновский микроскоп - это устройство для исследования очень малых объектов, размеры которых сопоставимы с длиной рентгеновской волны. Рентгеновский микроскоп основан на использовании электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 1 нанометра.

Рентгеновские микроскопы по разрешающей способности находятся между электронными и оптическими микроскопами. Теоретическая разрешающая способность рентгеновского микроскопа достигает 2-20 нанометров, что на порядок больше разрешающей способности оптического микроскопа (до 150 нанометров). В настоящее время существуют рентгеновские микроскопы с разрешающей способностью около 5 нанометров.

Разработка рентгеновских микроскопов была сопряжена с рядом серьёзных трудностей. Рентгеновские лучи практически невозможно фокусировать обычными линзами. Дело в том, что показатель преломления рентгеновских лучей в различных прозрачных для них средах примерно одинаков и очень мало отличается от единицы. Колебания составляют порядка 10−4 —10 −5. Для сравнения, показатель преломления видимого света в воде при 20 °C примерно равен 1,33. Рентгеновские лучи также не отклоняются электрическими и магнитными полями, что не позволяет использовать для фокусировки электрические или магнитные линзы.

Рентгеновские лучи напрямую не воспринимаются человеческим глазом. Поэтому для наблюдения и фиксации результатов приходится применять технические средства (фототехнику или электронно-оптические преобразователи).

Когда появились рентгеновские микроскопы?

Первый коммерческий рентгеновский микроскоп был создан в 1950-х годах американским инженером Стерлингом Ньюбери, сотрудником General Electric. Он представлял собой проекционный микроскоп, для получения изображения в нём применялись фотопластинки.

Микроскопы. История создания микроскопов. Рентгеновские микроскопы.

 

Микроскопы. История создания микроскопов. Виды микроскопов.

Женский сайт: Я-самая-красивая.рф (www.i-kiss.ru)

Поделиться с друзьями в социальных сетях:
Другие статьи этого раздела: