Stručná história mikroskopu

Počas tohto historického obdobia známeho ako renesancia, po „temnej“ Stredovek, došlo k vynálezom tlač, strelný prach a námorníci kompas, nasledovaný objavom Ameriky. Rovnako pozoruhodný bol vynález svetelného mikroskopu: nástroj, ktorý umožňuje ľudskému oku pomocou šošoviek alebo kombináciou šošoviek pozorovať zväčšené obrázky drobných predmetov. Zviditeľnili fascinujúce detaily svetov vo svete.

Dlho predtým, v hmlistej neevidovanej minulosti, niekto zdvihol kus priehľadného kryštálu, ktorý bol v strede hrubší ako okraje, pozrel sa cez neho a zistil, že spôsobil, že veci vyzerali zväčšene. Niekto tiež zistil, že taký kryštál by sústredil slnečné lúče a zapálil kus pergamenu alebo látky. Lupy a „horiace okuliare“ alebo „zväčšovacie okuliare“ sa spomínajú v spisoch Senecy a Pliných starších, rímskych filozofov počas prvého storočia A. D., ale podľa všetkého sa až do objavenia vynálezu nevyužívali veľa okuliare, ku koncu 13. storočia. Pomenovali sa šošovky, pretože majú tvar šošoviek.

Najskorším jednoduchým mikroskopom bola iba skúmavka s doskou pre objekt na jednom konci a na druhej strane šošovka, ktorá poskytla zväčšenie menšie ako desať priemerov - desaťnásobok skutočnej veľkosti. Tieto nadšené všeobecné zázraky, keď sa používali na prezeranie blších alebo malých plazivých vecí, sa nazývali „blšie poháre“.

Asi 1590, dvaja holandskí tvorcovia okuliarov, Zaccharias Janssen a jeho syn Hans, pri experimentovaní s niekoľkými šošovkami v skúmavke zistili, že blízke objekty sa javili značne zväčšené. To bol predchodca zloženého mikroskopu a mikroskopu teleskop. V roku 1609 Galileo, otec modernej fyziky a astronómie, počul o týchto prvých pokusoch, vypracoval princípy šošoviek a pomocou zaostrovacieho zariadenia urobil oveľa lepší nástroj.

Otec mikroskopu, Anton van Leeuwenhoek z Holandska, začal ako učeň v obchode so suchým tovarom, kde sa na spočítavanie nití v látke používali lupy. Naučil sa nové metódy brúsenia a leštenia drobných šošoviek s veľkým zakrivením, ktoré zväčšenia dosahovali až do 270 priemerov, ktoré boli v tom čase najlepšie známe. To viedlo k vybudovaniu jeho mikroskopov ak biologickým objavom, pre ktoré je známy. Bol prvým, kto videl a opísal baktérie, kvasinkové rastliny, život plný kvapiek vody a cirkuláciu krvných teliesok v kapilároch. Počas dlhého života používal svoje šošovky na priekopnícke štúdium mimoriadnej rozmanitosti vecí, živých aj živých neživý a svoje zistenia oznámil viac ako sto listom Kráľovskej spoločnosti v Anglicku a Francúzskej akadémii.

Robert Hooke, anglický otec mikroskopie, opätovne potvrdil objavy Antona van Leeuwenhoeka o existencii drobných živých organizmov v kvapke vody. Hooke vytvoril kópiu Leeuwenhoekovho svetelného mikroskopu a potom vylepšil jeho dizajn.

Neskôr sa do polovice 19. storočia vykonalo len niekoľko významných zlepšení. Potom niekoľko európskych krajín začalo vyrábať jemné optické zariadenia, ale žiadne jemnejšie ako úžasné prístroje vyrobené Američanom Charlesom A. Spencer a priemysel, ktorý založil. Dnešné prístroje, zmenené, ale malé, dávajú zväčšenia až 1250 priemerov pri bežnom svetle a až 5 000 s modrým svetlom.

Svetelný mikroskop, dokonca ani ten s dokonalými šošovkami a dokonalým osvetlením, sa nedá jednoducho použiť na rozlíšenie objektov, ktoré sú menšie ako polovica vlnovej dĺžky svetla. Biele svetlo má priemernú vlnovú dĺžku 0,55 mikrometrov, z čoho polovica je 0,275 mikrometrov. (Jeden mikrometer je tisícina milimetra a je tu asi 25 000 mikrometrov na palec. Mikrometre sa nazývajú aj mikróny.) Akékoľvek dva riadky, ktoré sú bližšie k sebe ako 0,275 mikrometrov, sa budú považovať za jednotlivá čiara a akýkoľvek objekt s priemerom menším ako 0,275 mikrometrov bude neviditeľný alebo, v najlepšom prípade, sa zobrazí ako rozmazať. Aby vedci videli malé častice pod mikroskopom, musia úplne obísť svetlo a používať iný druh „osvetlenia“ s kratšou vlnovou dĺžkou.

Zavedenie elektrónového mikroskopu v tridsiatych rokoch minulého storočia účet naplnilo. Spoluzakladaný Nemcami, Maxom Knollom a Ernstskou Rusom v roku 1931, za svoju invenciu v roku 1986 získala Ernst Ruska polovicu Nobelovej ceny za fyziku. (Druhá polovica nobelová cena bola rozdelená medzi Heinrich Rohrer a Gerd Binnig pre STM.)

V tomto druhu mikroskopu sa elektróny zrýchľujú vo vákuu, kým ich vlnová dĺžka nie je extrémne krátka, iba stotisícina bieleho svetla. Lúče týchto rýchlo sa pohybujúcich elektrónov sú sústredené na vzorku bunky a sú absorbované alebo rozptýlené časťami bunky tak, aby vytvorili obraz na elektrónovo citlivej fotografickej platni.

Ak sa tlačia na limit, elektrónové mikroskopy môžu umožniť prezerať objekty také malé, ako je priemer atómu. Väčšina elektrónových mikroskopov, ktoré sa používajú na štúdium biologického materiálu, môže „vidieť“ až do asi 10 angstrómov - neuveriteľný výkon, pretože Aj keď to nezvláda atómy, umožňuje to vedcom rozlíšiť jednotlivé biologické molekuly dôležitosť. V skutočnosti dokáže zväčšiť objekty až miliónkrát. Všetky elektrónové mikroskopy však trpia vážnou nevýhodou. Pretože žiadny živý exemplár nemôže prežiť pod vysokým vákuom, nemôže ukázať neustále sa meniace pohyby, ktoré charakterizujú živú bunku.

Pomocou nástroja veľkosti jeho dlane bol Anton van Leeuwenhoek schopný študovať pohyby jednobunkových organizmov. Moderní potomkovia svetelného mikroskopu van Leeuwenhoeka môžu byť vysoké viac ako 6 stôp, sú však naďalej nevyhnutné bunkovým biológom, pretože na rozdiel od elektrónových mikroskopov umožňujú svetelné mikroskopy používateľovi vidieť živé bunky akcie. Hlavnou výzvou pre svetelných mikroskopov od čias van Leeuwenhoeka bolo zvýšenie kontrastu medzi svetlými bunkami a ich bledším prostredím, aby bolo možné viac vidieť bunkové štruktúry a pohyb ľahko. Na tento účel vymysleli dômyselné stratégie zahŕňajúce videokamery, polarizované svetlo, digitalizáciu počítače a ďalšie techniky, ktoré naopak prinášajú veľké zlepšenia, naopak, oživujú svetelnú renesanciu mikroskopia.