Mikroskopets historie

Hvordan lysmikroskopet utviklet seg.

Tom Graves/ Bildebanken/ Getty Images

I løpet av den historiske perioden kjent som renessansen, etter 'mørket' Middelalderen , det skjedde oppfinnelsene av printing , krutt og sjømannens kompass , etterfulgt av oppdagelsen av Amerika. Like bemerkelsesverdig var oppfinnelsen av lysmikroskopet: et instrument som gjør det mulig for det menneskelige øyet, ved hjelp av en linse eller kombinasjoner av linser, å observere forstørrede bilder av små gjenstander. Det synliggjorde de fascinerende detaljene til verdener i verdener.

Oppfinnelsen av glasslinser

Lenge før, i den disige uregistrerte fortiden, plukket noen opp et stykke gjennomsiktig krystall tykkere i midten enn i kantene, så gjennom det og oppdaget at det fikk ting til å se større ut. Noen fant også ut at en slik krystall ville fokusere solens stråler og sette fyr på et stykke pergament eller tøy. Forstørrelsesglass og 'brennende glass' eller 'forstørrelsesglass' er nevnt i skriftene til Seneca og Plinius den eldre, romerske filosofer i løpet av det første århundre e.Kr., men tilsynelatende ble de ikke brukt mye før oppfinnelsen avbriller, mot slutten av 1200-tallet. De ble kalt linser fordi de er formet som frøene til en linse.

Det tidligste enkle mikroskopet var bare et rør med en plate for objektet i den ene enden og i den andre en linse som ga en forstørrelse mindre enn ti diametre - ti ganger den faktiske størrelsen. Disse begeistret generelle undring når de ble brukt til å se lopper eller små krypende ting, og ble derfor kalt 'loppeglass'.

Lysmikroskopets fødsel

Omkring 1590 oppdaget to nederlandske brillemakere, Zaccharias Janssen og sønnen Hans, mens de eksperimenterte med flere linser i et rør, at objekter i nærheten virket sterkt forstørret. Det var forløperen til det sammensatte mikroskopet og til teleskop . I 1609, Galileo , far til moderne fysikk og astronomi, hørte om disse tidlige eksperimentene, utarbeidet prinsippene for linser og laget et mye bedre instrument med en fokuseringsenhet.

Anton van Leeuwenhoek (1632-1723)

Mikroskopiens far, Anton van Leeuwenhoek of Holland, startet som lærling i en tørrvarebutikk hvor forstørrelsesglass ble brukt til å telle trådene i tøy. Han lærte seg selv nye metoder for sliping og polering av små linser med stor krumning som ga forstørrelser opp til 270 diametre, den fineste kjent på den tiden. Disse førte til byggingen av mikroskopene hans og de biologiske funnene han er kjent for. Han var den første som så og beskrev bakterier, gjærplanter, det myldrende livet i en vanndråpe og sirkulasjonen av blodlegemer i kapillærene. I løpet av et langt liv brukte han linsene sine til å gjøre pionerstudier på en ekstraordinær rekke ting, både levende og ikke-levende, og rapporterte funnene sine i over hundre brev til Royal Society of England og det franske akademiet.

Robert Hooke

Robert Hooke, den engelske faren til mikroskopi, bekreftet på nytt Anton van Leeuwenhoeks oppdagelser av eksistensen av små levende organismer i en vanndråpe. Hooke laget en kopi av Leeuwenhoeks lysmikroskop og forbedret deretter designet hans.

Charles A. Spencer

Senere ble det gjort få store forbedringer før midten av 1800-tallet. Så begynte flere europeiske land å produsere fint optisk utstyr, men ingen finere enn de fantastiske instrumentene bygget av amerikaneren Charles A. Spencer og industrien han grunnla. Dagens instrumenter, endret men lite, gir forstørrelser opp til 1250 diametre med vanlig lys og opptil 5000 med blått lys.

Beyond the Light Microscope

Et lysmikroskop, selv et med perfekte linser og perfekt belysning, kan ganske enkelt ikke brukes til å skille gjenstander som er mindre enn halvparten av lysets bølgelengde. Hvitt lys har en gjennomsnittlig bølgelengde på 0,55 mikrometer, hvorav halvparten er 0,275 mikrometer. (En mikrometer er en tusendels millimeter, og det er omtrent 25 000 mikrometer til en tomme. Mikrometer kalles også mikron.) To linjer som er nærmere hverandre enn 0,275 mikrometer vil bli sett på som en enkelt linje, og ethvert objekt med en diameter mindre enn 0,275 mikrometer vil være usynlig eller i beste fall vises som en uskarphet. For å se små partikler under et mikroskop, må forskerne omgå lyset helt og bruke en annen type 'belysning', en med kortere bølgelengde.

Elektronmikroskopet

Innføringen av elektronmikroskopet på 1930-tallet fylte regningen. Ernst Ruska ble oppfunnet av tyskerne, Max Knoll og Ernst Ruska i 1931, og ble tildelt halvparten av Nobelprisen i fysikk i 1986 for sin oppfinnelse. (Den andre halvdelen av Nobel pris ble delt mellom Heinrich Rohrer og Gerd Binnig for STM .)

I denne typen mikroskop blir elektronene fremskyndet i et vakuum til bølgelengden deres er ekstremt kort, bare en hundretusendel av hvitt lys. Stråler av disse raskt bevegelige elektronene er fokusert på en celleprøve og blir absorbert eller spredt av cellens deler for å danne et bilde på en elektronfølsom fotografisk plate.

Kraften til elektronmikroskopet

Hvis de presses til det ytterste, kan elektronmikroskoper gjøre det mulig å se objekter så små som diameteren til et atom. De fleste elektronmikroskoper som brukes til å studere biologisk materiale kan 'se' ned til rundt 10 ångstrøm - en utrolig bragd, for selv om dette ikke gjør atomer synlige, lar det forskere skille mellom individuelle molekyler av biologisk betydning. Faktisk kan den forstørre objekter opptil 1 million ganger. Likevel lider alle elektronmikroskoper av en alvorlig ulempe. Siden ingen levende eksemplarer kan overleve under deres høye vakuum, kan de ikke vise de stadig skiftende bevegelsene som kjennetegner en levende celle.

Lysmikroskop vs elektronmikroskop

Ved å bruke et instrument på størrelse med håndflaten var Anton van Leeuwenhoek i stand til å studere bevegelsene til encellede organismer. Moderne etterkommere av van Leeuwenhoeks lysmikroskop kan være over 6 fot høye, men de fortsetter å være uunnværlige for cellebiologer fordi, i motsetning til elektronmikroskoper, lar lysmikroskoper brukeren se levende celler i aksjon. Den primære utfordringen for lysmikroskopister siden van Leeuwenhoeks tid har vært å forsterke kontrasten mellom bleke celler og deres blekere omgivelser, slik at cellestrukturer og bevegelse lettere kan sees. For å gjøre dette har de utviklet geniale strategier som involverer videokameraer, polarisert lys, digitalisering av datamaskiner og andre teknikker som gir enorme forbedringer, i motsetning til en renessanse innen lysmikroskopi.