История микроскопии

История микроскопии

     На сегодняшний день не возможно представить проведение различных научных исследований без применения микроскопа. Он занимает весомую позицию в таких науках, как медицина, биология, химия и физика, геология, криминалистика и многих других. Без микроскопа не представляется ни одна лаборатория в мире. Без микроскопа невозможно поставить точный диагноз в определенных отраслях медицины, таких как лабораторная диагностика, микробиология, эпидемиология.

     Микроскоп - (от греческого mikros - малый и skopeo - смотрю), оптическое приспособление для получения увеличенного изображения мелких объектов и их деталей, не видимых невооруженным глазом.

     В норме глазу человека доступно различить части объектов, которые располагаются друг от друга на расстоянии не меньше чем 0,08 мм. В связи с применением оптического светового микроскопа, удается рассмотреть частички расстояние, между которыми до 2 мкм. При помощи электронного микроскопа появилась возможность увидеть очень мелкие структуры, с размером до 0,1-0,2 нм.

     Только с развитием такой науки, как оптика, представилось возможным изобрести микроскоп. Еще Евклид (300 лет до н.э.) и Птолемей (127-151 гг.) описывали оптические свойства изогнутых поверхностей, но в те времена не было найдено практического применения этим данным. Прорыв в оптике сделал Сальвинио дель Арлеати в Италии только в 1285 г., когда изобрел первые очки. А уже во время Ренессанса, Леонардо да Винчи и Мауролико проводили изучения мелких структур с помощью лупы.

     Слава в изобретении первого микроскопа по праву принадлежит Захариусу Йансену. В 1595 году Йансен поместил две выпуклые линзы в трубку, что в последующем использовалось и в более поздние времена при изготовлении микроскопов. С помощью выдвижного тубуса проводилось фокусирование на объекте исследования. Разрешение этого устройства было всего на всего от 3 до 10 крат, но это уже был огромный прогресс на то время. В последующем при создании своих микроскопов, они ставали все доскональней и доскональней.

     Наряду с этим событием в XVI в. развитие создания микроскопов происходило параллельно в Дании, Англии и Италии.

     После того как знаменитый астроном Галилей (G. Galilei), начал использовать свою подзорную трубу, для рассматривания мелких предметов, путем сены расстояния между объективом и окуляром, изучение микроскопии перешло на новый уровень развития. Это происходило в период с 1609 по 1610 год. В 1624 году Галилею удалась уменьшить размеры своего микроскопа, путем использования короткофокусных линз.

      Сам термин «микроскоп» определился в 1625 году, после того как И. Фабер, который был членом Римской "Академии зорких", предложил использовать его для этого прибора.

     Впервые при помощи микроскопа клетка растения была рассмотрена и описана в 1655 году известным на то время биологом Гуком, также в своих трудах он описал и само устройство прибора.

     Более широкое использование микроскопа принадлежит голландцу Антонио Левенгуку, которому удалось в 1673-1677 гг.  рассмотреть и запечатлеть на бумаге различных одноклеточных организмов, сперматозоидов животных и строение кости.

     "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".

     На то время микроскоп Левенгука уже имел увеличительную способность в 270 раз. С помощью этого оптического прибора им были впервые описаны клетки крови, кровоток по капиллярах хвоста головастика, структура мышц. Он первым посетил мир одноклеточных микроорганизмов, которые являются самой низшей ступенью животного мира. Этих наипростейших он описывал как животных, которые имеют свойства и растения и животного, так как они могли питаться и солнечным светом, накапливая хлорофилл, как растение, а теряя его, начинали фагоцитировать более мелкие существа – бактерии, которые ему тоже впоследствии удалось рассмотреть под микроскопом. Тогда Левенгук, да и не только он еще не знали ни границ между животным и растительным миром, ни значения хлорофилла, ни что такое бактерии и каким образом они влияют на окружающую среду и человека. Был, по сути, открыт потусторонний мир, который не дано было видеть обычному человеку, и который существовал вместе с людьми одновременно.

     После присоединения к окуляру микроскопа полевой линзы, в 1668 году ученым Е. Дивини, окуляр приобрел вид современного типа, который используется до сих пор. Еще одна деталь – микрометрический винт была присоединена к микроскопу в 1673 г. Гавелием, а светонаправляющее зеркало, присоединенное к столику, было предложено Гертелем. Все эти части без изменений, являются составными единицами современного микроскопа.

      В 17 веке Ньютоном, путем пропускания белого света через призму был открыт его спектр. Ученому Рёмеру удалось определить скорость света, и доказать что его скорость не безразмерная, а постоянная величина. Вследствие этого Ньютон выдвинул ошибочную теорию, что свет является потоком мельчайших частиц, которые как стекло проходят через хрусталик глаза, ударяются в сетчатку и вследствие этого человек видит свет. Только Гюйгенсу удалось доказать, что свет имеет волновую природу и доказал это своими опытами, так как свет имеет способность как отражаться так и преломляться, к чему не способны частицы. Между этими двумя учеными встала непримиримая борьба, которая вылилась в проблему сущности света. Эта война идей продолжалась около ста лет. К теории Гюйгенса примкнул знаменитый ученый Эйлер, но окончательную точку в этом вопросе, поставил Френель, аж через добрую сотню лет.

 В чем же разница между теорией волн Гюйгенса и теорией частиц Ньютона?

Вот объяснение:

1. Явление интерференции – это когда волны одинаковой длинны встретившись взаимоликвидируются, что может в конечном результате привести к темноте, если взять поток частиц, то этого не произойдет. Два потока частиц - это всегда двойной поток, двойной свет.

2.Явление дифракции также не отмечено для потока частиц, так как при прохождении через определенное отверстие, поток частиц имеет прямое направление, не рассеиваясь, а волны имеют способность рассеиваться.

     Вот именно эта дифракция была обнаружена и измерена Френелем, хотя расхождение волн было и ничтожно мало и едва заметно. С помощью явления дифракции ему удалось измерить длину волны, которая равна половине тысячной доли миллиметра или полмикрона.

     Явление интерференции в своей практике используют оптики, которые полируют линзы - до "одного цвета", до "двух полос"

     Не владея знаниями об этих явлениях было бы невозможно привести микроскоп к тому виду, который мы имеем на сегодняшний день. Первые микроскопы Галилея и Левенгука, вмещали в себя неахроматические линзы.

    Процесс ахроматизации требует наличия двух стекол – крона и флинта, в те времена отличный флинт был большой редкостью, он являет собой стекло, в состав которого входит окись свинца, владеющая непропорционально большой дисперсией.

     Далеко позади был оставлен микроскоп Левенгука с воплощением в жизнь, в 1824 г. идея Саллинга, в которой он предложил изготавливать объектив используя несколько ахроматических линз, что дало возможность получать увеличения в 1000 раз. Предел просмотра увеличился в сторону одного микрона.

 Своими трудами в 70-х годах 19 века Аббе (Е. Abbe) достиг следующих целей:

  1. Достигнуто предельное разрешение микроскопа до одной десятой микрона;
  2. В изготовлении микроскопа применялись научно обоснованные технологии;
  3. Были определены предельные возможности микроскопа, и эти возможности были реализованы.

    На основе учения Аббе начал работать коллектив ученых, оптиков и математиков, сформированный в фирму Цейса, разработана целая система измерений, которые очень важны для работы микроскопа.

      Cвоими новыми разработками в области оптики (были разработан новые виды стекол) Аббе почти стал победителем в Первой мировой войне, снаряжая армию биноклями и оптическими прицелами.

      Аббе, используя волновую теорию света, было доказано, что любая острота предмета имеет свой предел возможностей. В этом случае самым тонким инструментом является длина волны. Согласно дифракционной теории Аббе невозможно получить изображение, которое меньше полудлинны волны, то есть ¼ микрона, то есть длина волны ограничивает нас в наших поисках.

Значит ли это, что мы не сможем увидеть частички размером меньше ¼ микрона?

     Этот лимит и тут удалось человеку обойти, посредством метода ультрамикроскопии. Принцип метода состоит в том, что свет на микроорганизм, который мы хотим рассмотреть, подается не снизу, как при обычной микроскопии, а с боку, что позволяет нам определить наличие микроорганизмов в субстрате и дает возможность посчитать их количество, хотя не дает представления об их форме. Такой метод исследования применяется в бактериологии.

     Первый ультрамикроскоп был создан в 1903 году Р. Жигмонди и Х. Зидентопфом. Его созданию предшествовали исследования англичанина Дж. Сиркса, которого заслуженно считают отцом интерференционной микроскопии. В последующие годы, в 1911 г., М. Саньяк, создал первый двухлучевой интерференционный микроскоп. После чего настала очередь прийти к славе, в 1935 году Ф. Зернике, основоположнику метода фазового контрастирования, который использовался с целью изучения микрокопированием прозрачных, слаборазсеивающих свет объектов. В ХХ веке пришла пора электронной микроскопии, для изучения самых мелких частиц, таких как вирусы и, даже молекулы и атомы.

     Следует отметить и труды великих русских ученых, которые оставили свой весомый вклад в изучении оптических систем и микроскопа в том числе. Вот их имена: М.В. Ломоносов, И.П. Кулибин, Л.И. Мандельштам, Д.С. Рождественский, А.А. Лебедев, С.И. Вавилов, В.П. Линник, Д.Д. Максутов и др.