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编辑:华体会体育|官方首页时间:2022-09-23 15:49点击量:156

  方法的。时当,成为一种廉价的材料发达的制造业令玻璃,匠利用玻璃制作出了佛罗伦萨的能工巧,此从,且红红火火地发展起来眼镜制造业横空出现并。用眼镜的欧洲人然而第一批使,老花眼的老年人多是年纪大且,令他们看清眼前事物他们需要的是可以的

  快发现人们很,物体的影像放大凸透镜可以令。是于,使用它来观察微小物体一些好奇的人们开始。是让孩子们近距离看看昆虫而已但是这种放大镜的放大倍数也就,加细微的东西想要观察更,求别的工具就只能寻。

  90年代16世纪,Zacharias Janssen)一位十岁左右的孩子扎卡莱亚斯·詹森(,ssen)在街头贩卖自家打磨出来的镜片跟随父亲汉斯·詹森(Hans Jan。看父亲制作工序时产生了灵感或许是年幼的他在工作间观,镜组合在一起他将多块凸透,感而引发的举动就是这小小的灵,向了微观世界引导了人类看。

  斯的帮助下在父亲汉,了第一台显微镜小詹森制作出,微镜:它由三个镜筒连接而成这是一个构造非常简单的显,镜筒比较粗中间那个,手握适于;分别插进它的两端另外两个镜筒则,伸缩调整它们可以,焦的目的以达到聚。动的镜筒完全收拢时当这个显微镜两个活,倍数是3倍它的放大;全伸展开时当它们完华体会app首页-升级版,就有10倍放大倍数。

  很可惜不过,然打开了探索微观世界的大门詹森父子俩的这个显微镜虽,真真正正踏入其中但却没能让人们。平有限的年代在那个认知水,看跳蚤和其他小昆虫人们仅乐于拿它观,被称作“跳蚤镜”因此这只显微镜又。

  54年16,uwenhoek)结束了在阿姆斯特丹布店学徒的日子22岁的列文虎克(Antonie van Lee,乡代尔夫回到家,自己的小布店开了一家属于。

  期早,大作用来鉴定布料的质量他尝试着用凸透镜的放。店并不算忙碌初始的布料,暇之余他在闲,对凸透镜的兴趣很快就培养起了,己打磨镜片并尝试自。过几年学的年轻人列文虎克这个没上,造出了世界一流的镜片靠着兴趣竟在小店中制。仅为1毫米镜片厚度,0.75毫米曲率半径为,大率和分辨率有着很高的放。

  这项技术后在掌握了,块凿出小孔的黄铜片之间列文虎克将透镜镶嵌在两,个金属固定器上用螺丝连接在一。本与透镜之间的距离螺钉可以用于调节标,整焦距以调。此就,意义上的显微镜诞生了人类历史上第一台真正,倍数可达720倍这台显微镜放大,知道要,上是显微镜的镜片当时其他可以称得,也只有50倍放大倍数最高。

  界的兴趣日益浓厚列文虎克对微观世,镜开始进入科学领域带着他独创的显微,未看到的东西看到了他人从。微镜下在显,水中的原生动物他观测到了池塘,中的红细胞鲑鱼血液;里发现了细菌他还在牙垢,寄给英国皇家学会并将结果写成报告,者的肯定获得了后,了微生物学从而开创。

  世界里遨游他在微观,样令人震惊的事实不断发现着各种各,寻常事物的固有认知从而改变人们对眼前。

  显微镜的观测能力为了提高单镜片,缩短焦距就必须要。缩短镜片的直径缩短焦距必须要。的镜片变小,易磨损很容,间的反复使用经过一段时,糊很难看清镜片变得模。

  这个问题为解决,纪左右17世,Robert Hooke)制作了一台复式显微镜英国皇家学会负责科学试验的科学家罗伯特·虎克(,单透镜显微镜不同与列文虎克使用的,了不止一个镜片这种显微镜使用,接着被另一个镜片放大一个镜片下的图像可以。微镜里复式显,片叫“物镜”紧贴物体的镜,叫“目镜”紧贴眼睛的。质来说从本,接近现代的光学显微镜了其工作原理和外形已经很。

  现代的光学显微镜可即便是很接近,突破的问题——色差却依然存在着难以,经过透镜时就是在光线,因折射率不同不同颜色的光,不同的点上会聚焦于,一层彩色光斑所包围使得观察物的成像被,响清晰度严重影。

  璃质量不高而且早期玻,球面像差的问题显微镜还存在着,过透镜折射时即光线在经,线不能将影像聚集在一点上接近中心与靠近边缘的光,像模糊不清也会使得成。

  诞生之日起自显微镜,为“与生俱来的顽疾”色差和球面像差就成,微观世界进军的步伐一直阻碍着人们向。

  9世纪直到1,助力下完成了一次实质性蜕变光学显微技术才在工业革命的,了这两个难题在根本上解决。

  30年18,h Jackson Lister)对显微镜的球面像差发起了挑战一位英国业余显微镜学爱好者约瑟夫·杰克逊·李斯特(Josep,特定间距的透镜组他创造性地用几个,球面像差影响成功减小了。

  46年18,学工厂成立德国蔡司光,出第一台现代复式显微镜1857年蔡司工厂研制。生产过程中在研制和,抗衡色差问题蔡司也难以。872年直到1, Abbe)教授提出了完善的显微镜学理论德国耶拿大学的恩斯特·阿贝(Ernst,像原理、数值孔径等科学问题详细阐述了光学显微镜的成。阿贝教授加盟蔡司即刻邀请,的光学部件——复消色差透镜他们共同开发出一款划时代,色差的影响一举消除了。

  学显微镜的基本形态蔡司奠定了现代光,立在健全的物理定律上显微镜的设计已全然建,者的反复试验而不再是先驱。各种现代生物学理论的不断提升显微镜技术的突飞猛进也促使,辨率的透镜透过高分,步以具象的形式呈现在人类眼前微观世界中各种复杂的结构逐。

  一时期在这,给生物样品染色微生物学家通过,肉眼观察来方便。身的毒性会破坏微生物组织结构这一方法的局限在于染色剂本,930年直到1,k Zernike)提出了相衬法荷兰科学家泽尼克(Frederi,位信息转换为相应的振幅信息即通过空间滤波器将物体的相,明物体的可分辨性从而大大提高透。41年19,应用于显微镜中蔡司将相衬法,显微镜诞生由此相差。

  结束后二战,到了长足的进步光学显微镜已得,挖掘到极致其潜力被,法再一次提升微观世界的清晰度蔡司工厂以及阿贝教授均认为无。率极限在0.2微米光学显微镜的分辨,细菌和细胞能够看到,就无能为力了再小的物体也,为“阿贝极限”这一理论被称。

  微镜“天花板”的状态下即便是在几乎触达光学显,以解开“阿贝极限”的枷锁不少科学家们仍然希望可,就成为了那把钥匙而“荧光技术”。

  们发现科学家,较短而能量较高的光线某些物质在吸收波长,外线时如紫,波长较长的可见光能将光源转化为,为“荧光现象”这种现象被定义。

  11年19,制出荧光显微镜装置德国科学家首次研,样品进行荧光染色处理用荧光色素对被观测,品的荧光物质发光并以紫外光激发样,效果不佳但成像,质当作染色剂而且把荧光物,染色剂一样和早期的,伤害活体样品本身的毒性会。

  974年直到1,发现了绿色荧光蛋白日本科学家下村修,以往的荧光物质其毒性远弱于,荧光标记的理想材料是对活体标本进行。

  89年19,m Esco Moerner)提出了一种方法科学家威廉姆·艾斯科·莫尔纳尔(Willia,然对可见光的限制巧妙绕开了大自,现突破分辨率0.2微米的极限通过提升观测物的可见程度来实。

  单分子荧光检测他首次进行了,日光灯中的荧光粉工作原理类似于,光去激发荧光粉用特定波长的,出相应的荧光它们就会发射。妙地发现这一巧,精确到纳米量级成为可能让光学显微镜的检测尺度。此基础上随后在,etzig)开发出一套新的显微成像方法:控制观测物的荧光分子美国科学家罗伯特·埃里克·贝齐格(Robert Eric B,分子发光让少量,的距离大于0.2微米只要每两个分子之间,以清晰地观测到光学显微镜就可。区域反复成像通过对同一,现所有的闪光点最后用软件重,尺度的稠密、精确图像科学家就得到了纳米。种方法通过这,光学显微镜的“阿贝极限”贝齐格轻而易举地突破了。

  “阿贝极限”可见光存在着,是否也能突破分辨率的桎梏呢那么如果利用波长较短的光束?

  31年19, Ruska)在一台高压示波器上加入了一个放电电子源和三个电子透镜德国科学家诺尔(Max Knoll)和他的学生鲁斯卡(Ernst,首台电子显微镜制成了世界上。

  显微镜电子,轰击固体样品是利用电子束,部发生散射时在其表面或内,相应探测器采集后各种散射信号被,微观区域独特的物理化学信息可直接或间接体现固体样品在。“阿贝极限”的约束电子显微镜完全不受,超越了光学显微镜在分辨率上远远,米=1000纳米)达到纳米级别(1微,测尺度下在这个观,小的微生物——病毒人类看到了比细菌更。

  识超微观世界的途径电子显微镜是人类认,的毫米尺度从肉眼可见,可达的微米尺度到光学显微镜,镜下的纳米尺度再到电子显微,人类对微观世界的认知极限显微成像技术正在迅速突破。

  率是光学显微镜无法企及的高度电子显微镜所具备的超高分辨,缺憾也渐渐显露出来但是电子显微镜的。在真空条件下实现电子加速只可以,而然,境下的生物处于真空环,脱水和干燥往往要经过,没有活体状态的生物样本这意味着电子显微镜下,坏样品表面的生物分子结构并且电子束本身也容易破,被生物学家们顺利捕捉到导致一些关键信息无法。

  五十年横跨,981年直到1,BM实验室中在苏黎世的I,(Heinrich Rohrer)采用了一些看似离经叛道的方法科学家盖尔德·宾尼(Gerd Bining)和海因里希·罗雷尔,损伤样品结构的问题改变了电子显微镜。学中的“隧道效应”他们利用量子物理,描隧道显微镜制作了一台扫。

  电子显微镜不同与传统的光学和,连镜头都没有这种显微镜。作时在工,接近观测物用一根探针,间施加电压并在两者之,隧道效应——电子从这细微的缝隙中穿过当探针距离样品只有纳米级时就会产生,弱的电流形成微,样品距离的变化而变化这股电流会随着探针与,能间接得到观测物的大致形状通过测量电流的变化人们就。有电子束参与由于全程没,加速电子对生物样品表面的破坏扫描隧道显微镜从根本上避免了。

  几年随后,与C.FQuate和C.Gerber等人盖尔德·宾尼(Gerd Bining)又,原子力显微镜研制成功了,上尖细探针与受测样品原子之间的作用力原子力显微镜利用微悬臂感受和放大悬臂,检测的目的从而达到,级的分辨率具有原子。镜既可以观察导体由于原子力显微,察非导体也可以观,隧道显微镜的不足从而弥补了扫描,、材料、物理等领域的认知疆界极大拓宽了人类对于生物、化学。前目,半导体和超导体领域的主力军电子显微镜已经成为金属、。

  医学领域在生物,度避免电子束损害生物样品的办法科学家们仍然在寻找能够极大程,个角度出发他们从另一,整体工作模式的情况下在不改变电子显微镜,测物本身去改变观,低温冷冻处理对其进行超,电镜技术研发冷冻。测温度低由于观,处于含水状态生物样品也,于天然状态分子也处,受能力得以提高样品对辐射的耐。

  项技术利用这,品冻结在不同的状态科学家们可以将样,结构的变化观测分子。情爆发后在新冠疫,和抗击疫情做出了突出贡献冷冻电镜技术为人类研究。

  今日时至,的探究从未停止人类对微观世界,镜互补互足、相得益彰光学显微镜和电子显微。来未,元化的显微成像技术更加广阔的和更加多,化学、物理等各个领域的知识结构将会进一步完善我们生物、医学、,展现在我们的眼前将包罗万象的世界。

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