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显微镜

来源:科学揭秘 作者:小慧 时间:2020-06-20 14:23:45

 显微镜

显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器,是人类进入原子时代的标志。 [1]  主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。显微镜分光学显微镜和电子显微镜:光学显微镜是在1590年由荷兰的詹森父子所首创。现在的光学显微镜可把物体放大1600倍,分辨的最小极限达波长的1/2,国内显微镜机械筒长度一般是160毫米。其中对显微镜研制,微生物学有巨大贡献的人为列文虎克,荷兰籍。

发明过程

显微镜是人类最伟大的发明物之一。在它发明出来之前,人类关于周围世界的观念局限在用肉眼,或者靠手持透镜帮助肉眼所看到的东西。

显微镜把一个全新的世界展现在人类的视野里,人们第一次看到了数以百计的“新的”微小动物和植物,以及从人体到植物纤维等各种东西的内部构造。显微镜还有助于科学家发现新物种,有助于医生治疗疾病。

最早的显微镜是16世纪末期在荷兰制造出来的。发明者是亚斯·詹森,荷兰眼镜商,或者另一位荷兰科学家汉斯·利珀希,他们用两片透镜制作了简易的显微镜,但并没有用这些仪器做过任何重要的观察。

后来有两个人开始在科学上使用显微镜。第一个是意大利科学家伽利略。他通过显微镜观察到一种昆虫后,第一次对它的复眼进行了描述。第二个是荷兰亚麻织品商人列文虎克(1632年-1723年),他自己学会了磨制透镜。他第一次描述了许多肉眼所看不见的微小植物和动物。

1931年,恩斯特·鲁斯卡通过研制电子显微镜,使生物学发生了一场革命。这使得科学家能观察到像百万分之一毫米那样小的物体。1986年他被授予诺贝尔奖。

显微镜结构

光学显微镜由目镜,物镜,粗准焦螺旋,细准焦螺旋,压片夹,通光孔,遮光器,转换器,反光镜,载物台,镜臂,镜筒,镜座,聚光器,光阑组成。

显微镜分辨率

D=0.61λ/N*sin(α/2)
D:分辨率
λ:光源波长
α:物镜镜口角(标本在光轴的一点对物镜镜口的张角)
想要提高分辨率,可以通过:1、降低λ,例如使用紫外线作为光源;2、增大N,例如放在香柏油中;3、增大α,即尽可能地使物镜与标本的距离降低。

显微镜分类

显微镜以显微原理进行分类可分为偏光显微镜、光学显微镜与电子显微镜和数码显微镜。

偏光显微镜

偏光显微镜(Polarizing microscope)是用于研究所谓透明与不透明各向异性材料的一种显微镜,在地质学等理工科专业中有重要应用。凡具有双折射的物质,在偏光显微镜下就能分辨的清楚,当然这些物质也可用染色法来进行观察,但有些则不可用,而必须利用偏光显微镜。反射偏光显微镜是利用光的偏振特性对具有双折射性物质进行研究鉴定的必备仪器, 可供广大用户做单偏光观察,正交偏光观察,锥光观察。

光学显微镜

通常皆由光学部分、照明部分和机械部分组成。无疑光学部分是最为关键的,它由目镜和物镜组成。早于1590年,荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。光学显微镜的种类很多,主要有明视野显微镜(普通光学显微镜)、暗视野显微镜、荧光显微镜、相差显微镜、激光扫描共聚焦显微镜、偏光显微镜、微分干涉差显微镜、倒置显微镜。

电子显微镜

电子显微镜有与光学显微镜相似的基本结构特征,但它有着比光学显微镜高得多的对物体的放大及分辨本领,它将电子流作为一种新的光源,使物体成像。自1938年Ruska发明第一台透射电子显微镜至今,除了透射电镜本身的性能不断的提高外,还发展了其他多种类型的电镜。如扫描电镜、分析电镜、超高压电镜等。结合各种电镜样品制备技术,可对样品进行多方面的结构 或结构与功能关系的深入研究。显微镜被用来观察微小物体的图像。常用于生物、医药及微小粒子的观测。电子显微镜可把物体放大到200万倍。
台式显微镜,主要是指传统式的显微镜,是纯光学放大,其放大倍率较高,成像质量较好,但一般体积较大,不便于移动,多应用于实验室内,不便外出或现场检测。

便携式显微镜

便携式显微镜,主要是近几年发展出来的数码显微镜与视频显微镜系列的延伸。和传统光学放大不同,手持式显微镜都是数码放大,其一般追求便携,小巧而精致,便于携带;且有的手持式显微镜有自己的屏幕,可脱离电脑主机独立成像,操作方便,还可集成一些数码功能,如支持拍照,录像,或图像对比,测量等功能。
数码液晶显微镜,最早是由博宇公司研发生产的,该显微镜保留了光学显微镜的清晰,汇集了数码显微镜的强大拓展、视频显微镜的直观显示和便携式显微镜的简洁方便等优点。

扫描隧道显微镜

扫描隧道显微镜亦称为“扫描穿隧式显微镜”、“隧道扫描显微镜”,是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它于1981年由格尔德·宾宁(G.Binning)及海因里希·罗雷尔(H.Rohrer)在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明,两位发明者因此与恩斯特·鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。
它作为一种扫描探针显微术工具,扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子,它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外,扫描隧道显微镜在低温下(4K)可以利用探针尖端精确操纵原子,因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。
STM使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质,在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广泛的应用前景,被国际科学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之一。

发展历史

早在公元前一世纪,人们就已发现通过球形透明物体去观察微小物体时,可以使其放大成像。后来逐渐对球形玻璃表面能使物体放大成像的规律有了认识。
1590年,荷兰Z·Jansen(詹森)和意大利人的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。
1611年,Kepler(克卜勒):提议复合式显微镜的制作方式。
1665年,R·Hooke(罗伯特·胡克):「细胞」名词的由来便由胡克利用复合式显微镜观察软木的木栓组织上的微小气孔而得来的。
1674年,A·V·Leeuwenhoek(列文虎克):发现原生动物学的报导问世,并于九年后成为首位发现「细菌」存在的人。
1833年,Brown(布朗):在显微镜下观察紫罗兰,随后发表他对细胞核的详细论述。
1838年,Schlieden and Schwann(施莱登和施旺):皆提倡细胞学原理,其主旨即为「有核细胞是所有动植物的组织及功能之基本元素」。
1857年,Kolliker(寇利克):发现肌肉细胞中之线粒体。
1876年,Abbe(阿比):剖析影像在显微镜中成像时所产生的绕射作用,试图设计出最理想的显微镜。
1879年,Flrmming(佛莱明):发现了当动物细胞在进行有丝分裂时,其染色体的活动是清晰可见的。
1881年,Retziue(芮祖):动物组织报告问世,此项发表在当世尚无人能凌驾逾越。然而在20年后,却有以Cajal(卡嘉尔)为首的一群组织学家发展出显微镜染色观察法,此举为日后的显微解剖学立下了基础。
1882年,Koch(寇克):利用苯安染料将微生物组织进行染色,由此他发现了霍乱及结核杆菌。往后20年间,其它的细菌学家,像是Klebs 和 Pasteur(克莱柏和帕斯特)则是藉由显微镜下检视染色药品而证实许多疾病的病因。
1886年,Zeiss(蔡司):打破一般可见光理论上的极限,他的发明--阿比式及其它一系列的镜头为显微学者另辟一新的解像天地。
1898年,Golgi(高尔基):首位发现细菌中高尔基体的显微学家。他将细胞用硝酸银染色而成就了人类细胞研究上的一大步。
1924年,Lacassagne(兰卡辛):与其实验工作伙伴共同发展出放射线照相法,这项发明便是利用放射性钋元素来探查生物标本。
1930年,Lebedeff(莱比戴卫):设计并搭配第一架干涉显微镜。另外由Zernicke(卓尼柯)在1932年发明出相位差显微镜,两人将传统光学显微镜延伸发展出来的相位差观察使生物学家得以观察染色活细胞上的种种细节。
1941年,Coons(昆氏):将抗体加上萤光染剂用以侦测细胞抗原。
1952年,Nomarski(诺马斯基):发明干涉相位差光学系统。此项发明不仅享有专利权并以发明者本人命名之。
1981年,Allen and Inoue(艾伦及艾纽):将光学显微原理上的影像增强对比,发展趋于完美境界。
1988年,Confocal(共轭焦)扫描显微镜在市场上被广为使用。

数码显微镜

数码显微镜是将精锐的光学显微镜技术、先进的光电转换技术、液晶屏幕技术完美地结合在一起而开发研制成功的一项高科技产品。从而,我们可以对微观领域的研究从传统的普通的双眼观察到通过显示器上再现,从而提高了工作效率。
 

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