Изобретатель
: Захариус Йансен
Страна
: Голландия
Время изобретения
: 1595 г.
Сегодня трудно представить себе научную деятельность человека без микроскопа. Микроскоп широко применяется в большинстве лабораторий медицины и биологии, геологии и материаловедения.
Полученные с помощью микроскопа результаты необходимы при постановке точного диагноза, при контроле над ходом лечения. С использованием микроскопа происходит разработка и внедрение новых препаратов, делаются научные открытия.
Микроскоп (от греческого mikros — малый и skopeo — смотрю) — оптический прибор для получения увеличенного изображения мелких объектов и их деталей, не видимых невооруженным глазом.
Глаз человека способен различать детали объекта, отстоящие друг от друга не менее чем на 0,08 мм. С помощью светового микроскопа можно видеть детали, расстояние между которыми составляет до 0,2 мкм. Электронный микроскоп позволяет получить разрешение до 0,1-0,01 нм.
Изобретение микроскопа, столь важного для всей науки прибора обусловлено, прежде всего, влиянием развития оптики. Некоторые оптические свойства изогнутых поверхностей были известны еще Евклиду (300 лет до н.э.) и Птоломею (127-151 гг.), однако их увеличительная способность не нашла практического применения. В связи с этим первые очки были изобретены Сальвинио дели Арлеати в Италии только в 1285 г. В 16 веке Леонардо да Винчи и Мауролико показали, что малые объекты лучше изучать с помощью лупы.
Первый микроскоп был создан лишь в 1595 году Захариусом Йансеном (Z. Jansen). Изобретение заключалось в том, что Захариус Йансен смонтировал две выпуклые линзы внутри одной трубки, тем самым, заложив основы для создания сложных микроскопов. Фокусировка на исследуемом 
объекте достигалось за счет выдвижного тубуса. Увеличение микроскопа составляло от 3 до 10 крат. И это был настоящий прорыв в области микроскопии! Каждый свой следующий микроскоп он значительно совершенствовал.
В этот период (XVI в.) датские, английские и итальянские исследовательские приборы постепенно начали свое развитие, закладывая фундамент современной микроскопии.
Быстрое распространение и совершенствование микроскопов началось после того, как Галилей (G. Galilei), совершенствуя сконструированную им , стал использовать ее как своеобразный микроскоп (1609-1610), изменяя расстояние между объективом и окуляром.
Позднее, в 1624 г., добившись изготовления более короткофокусных линз, Галилей значительно уменьшил габариты своего микроскопа.
В 1625 г. членом Римской «Академии зорких» («Akudemia dei lincei») И. Фабером был предложен термин «микроскоп». Первые успехи, связанные с применением микроскопа в научных биологических исследованиях, были достигнуты Гуком (R. Hooke), который первым описал растительную клетку (около 1665 г.). В своей книге «Micrographia» Гук описал устройство микроскопа.
В 1681 г. Лондонское королевское общество на своем заседании подробно обсуждало своеобразное положение. Голландец Левенгук (A. van Leenwenhoek) описывал изумительные чудеса, которые открывал своим микроскопом в капле воды, в настое перца, в иле реки, в дупле собственного зуба. Левенгук с помощью микроскопа обнаружил и зарисовал сперматозоиды различных простейших, детали строения костной ткани (1673-1677). Он писал:»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.»
Лучшие лупы Левенгука увеличивали в 270 раз. С ними он увидел впервые кровеносные тельца, движение крови в капиллярных сосудах хвоста головастика, полосатость мускулов. Он открыл инфузории. Он впервые погрузился в мир микроскопических одноклеточных водорослей, где лежит граница между животным и растением; где движущееся животное, как зеленое растение, обладает хлорофиллом и питается, поглощая свет; где растение, еще прикрепленное к субстрату, потеряло хлорофилл и заглатывает бактерии. Наконец, он видел даже бактерии и в великом разнообразии. Но, разумеется, тогда не было еще и отдаленной возможности понять ни значение бактерий для человека, ни смысла зеленого вещества — хлорофилла, ни границы между растением н животным.
Открывался новый мир живых существ, более разнообразный и бесконечно более оригинальный, чем видимый нами мир.
В 1668 г. Е. Дивини, присоединив к окуляру полевую линзу, создал окуляр современного типа. В 1673 г. Гавелий ввел микрометрический винт, а Гертель предложил под столик микроскопа поместить зеркало. Таким образом, микроскоп стали монтировать из тех основных деталей, которые входят в состав современного биологического микроскопа.
В середине 17 столетия Ньютон открыл сложный состав белого света и разложил его призмой. Рёмер доказал, что свет распространяется с конечной скоростью, и измерил ее. Ньютон высказал знаменитую гипотезу — неверную, как вам известно,- о том, что свет есть поток летящих частиц такой необычайной мелкости и частоты, что они проникают через прозрачные тела, как стекло через хрусталик глаза, и, поражая ретину ударами, производят физиологическое ощущение света. Гюйгенс впервые заговорил о волнообразной природе света и доказал, как естественно она объясняет и законы простого отражения и преломления, и законы двойного лучепреломления в исландском шпате. Мысли Гюйгенса и Ньютона встретились в резком контрасте. Таким образом, в XVII в. в остром споре действительно встала проблема о сущности света.
Как разгадка вопроса сущности света, так и усовершенствование микроскопа подвигались вперед медленно. Спор между идеями Ньютона и Гюйгенса продолжался целое столетие. К представлению о волновой природе света примкнул знаменитый Эйлер. Но решен был вопрос лишь через сто с лишним лет Френелем талантливым исследователем, какого знала наука.
Чем отличается поток распространяющихся волн — идея Гюйгенса — от потока несущихся мелких частиц — идея Ньютона? Двумя признаками:
1. Встретившись, волны могут взаимно уничтожиться, если горб одной ляжет на долину другой. Свет + свет, сложившись вместе, могут дать темноту. Это явление интерференции, это кольца Ньютона, непонятые самим Ньютоном; с потоками частиц этого быть не может. Два потока частиц — это всегда двойной поток, двойной свет.
2. Через отверстие поток частиц проходит прямо, не расходясь в стороны, а поток волн непременно расходится, рассеивается. Это дифракция.
Френель доказал теоретически, что расхождение во все стороны ничтожно, если волна мала, но все же и эту ничтожную дифракцию он обнаружил и измерил, а по ее величине определил длину волны света. Из явлений интерференции, которые так хорошо известны оптикам, полирующим до «одного цвета», до «двух полос», он также измерил длину волны — это полмикрона (половина тысячной доли миллиметра). И отсюда стали неоспоримыми волновая теория и исключительная тонкость и острота проникновения в сущность живого вещества. С тех пор все мы в разных модификациях подтверждаем и применяем мысли Френеля. Но и не зная этих мыслей, можно усовершенствовать микроскоп.
Так это и было в XVIII столетии, хотя события развивались очень медленно. Сейчас трудно даже представить себе, что первая труба Галилея, в которую он наблюдал мир Юпитера, и микроскоп Левенгука были простыми неахроматическими линзами.
Огромным препятствием в деле ахроматизации было отсутствие хорошего флинта. Как известно, ахроматизация требует двух стекол: крона и флинта. Последний представляет стекло, в котором одной из основных частей является тяжелая окись свинца, обладающая непропорционально большой дисперсией.
В 1824 г. громадный успех микроскопа дала простая практическая идея Саллига, воспроизведенная французской фирмой Шевалье. Объектив, раньше состоявший из одной линзы, расчленен на части, его начали изготовлять из многих ахроматических линз. Так умножено число параметров, дана возможность исправления ошибок системы, и стало впервые возможным говорить о настоящих больших увеличениях — в 500 и даже 1000 раз. Граница предельного видения передвинулась от двух к одному микрону. Далеко позади оставлен микроскоп Левенгука.
В 70-х годах 19 века победоносное шествие микроскопии связано с именем немецкого физика-оптика и астронома Эрнста Карла Аббе (Ernst Karl Abbe).
Достигнуто было следующее:
Во-первых, предельное разрешение передвинулось от полумикрона до одной десятой микрона.
Во-вторых, в построении микроскопа вместо грубой эмпирики введена высокая научность.
В-третьих, наконец, показаны пределы возможного с микроскопом, и эти пределы завоеваны.
Сформирован штаб ученых, оптиков и вычислителей, работающих при фирме Цейсса. В капитальных сочинениях учениками Аббе дана теория микроскопа и вообще оптических приборов. Выработана система измерений, определяющих качество микроскопа.
Когда выяснилось, что существующие сорта стекол не могут удовлетворить научным требованиям, планомерно созданы были новые сорта. Вне тайн наследников Гинана — Пара-Мантуа (наследники Бонтана) в Париже и Ченсов в Бирмингаме — созданы были вновь методы плавки , и дело практической оптики развито до такой степени, что можно сказать: Аббе оптическим снаряжением армии почти выиграл мировую войну 1914-1918 гг.
Наконец, призвав на помощь основы волновой теории света, Аббе впервые ясно показал, что каждой остроте инструмента соответствует свой предел возможности. Тончайший же из всех инструментов — это длина волны. Нельзя видеть объекты меньше полудлины волны — утверждает дифракционная теория Аббе,- и нельзя получить изображения меньше полудлины волны, т.е. меньше 1/4 микрона. Или с разными ухищрениями иммерсии, когда мы применяем среды, в которых длина волны меньше,- до 0,1 микрона. Волна лимитирует нас. Правда, лимиты очень мелкие, но все же это лимиты для деятельности человека.
Физик-оптик чувствует, когда на пути световой волны вставлен объект толщиной в тысячную, в десятитысячную, в отдельных случаях даже в одну стотысячную длину волны. Сама длина волны измерена физиками с точностью до одной десятимиллионной своей величины. Можно ли думать, что оптики, соединившие свои усилия с цитологами, не овладеют той сотой длины волны, которая стоит в поставленной ими задаче? Найдутся десятки способов обойти предел, поставленный длиной волны.
Вам известен один из таких обходов, так называемый метод ультрамикроскопии. Если невидимые в микроскоп микробы расставлены далеко друг от друга, то можно осветить их сбоку ярким светом. Как бы они малы ни были, они заблестят, как звезда на темном фоне. Форму их нельзя определить, можно лишь констатировать их присутствие, но и это часто чрезвычайно важно. Этим методом широко пользуется бактериология.
Труды английского оптика Дж. Сиркса (1893) положили начало интерференционной микроскопии. В 1903 г. Р. Жигмонди (R. Zsigmondy) и Зидентопф (Н. Siedentopf) создали ультрамикроскоп, в 1911 г. Саньяком (М. Sagnac) был описан первый 
двухлучевой интерференционный микроскоп, в 1935 г. Зернике (F. Zernicke) предложил использовать метод фазового контраста для наблюдения в микроскопах прозрачных, слабо рассеивающих свет объектов. В середине XX в. был изобретен электронный микроскоп, в 1953 г. финским физиологом Вильской (A. Wilska) был изобретен аноптральный микроскоп.
Большой вклад в разработку проблем теоретической и прикладной оптики, усовершенствование оптических систем микроскопа и микроскопической техники внесли 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.
Изобретение микроскопа началось с того, что однажды Галилей соорудил очень длинную подзорную трубу. Дело происходило днем. Закончив работу, он навел трубу на окно, чтобы на свету проверить чистоту линз. Прильнув к окуляру, Галилей оторопел: все поле зрения занимала какая-то серая искрящаяся масса. Труба немного покачнулась, и ученый увидел огромную голову с выпуклыми черными глазами по бокам. У чудовища было черное, с зеленым отливом туловище, шесть коленчатых ног… Да ведь это … муха! Отняв трубу от глаза, Галилей убедился: на подоконнике действительно сидела муха.
Так появился на свет микроскоп - состоящий из двух линз прибор для увеличения изображения маленьких предметов. Свое название - «микроскопиум» - он получил от члена «Академиа деи линчеи» («академии рысьеглазых»)
И. Фабера в 1625 г. Это было научное общество, которое, кроме прочего, одобряло и поддерживало применение оптических приборов в науке.
А сам Галилей в 1624 г. вставил в микроскоп более короткофокусные (более выпуклые) линзы, благодаря чему труба стала короче.
Роберт Гук и его достижения
Следующая страница в истории создании микроскопа связана с именем Роберта Гука. Это был очень одаренный человек и талантливый ученый. Наиболее значимыми достижениями Гука являются следующие:
- изобретение спиральной пружины для регулировки хода часов; создание винтовых зубчатых колес;
- определение скорости вращения Марса и Юпитера вокруг своей оси; изобретение оптического телеграфа;
- создание прибора для определения пресности воды; создание термометра для измерения низких температур;
- установление постоянства температур таяния льда и кипения воды; открытие закона деформации упругих тел; предположение о волновой природе света и природе земного тяготения.
По окончании Оксфордского университета в 1657 г. Гук стал помощником Роберта Бойля. Это была отличная школа у одного из крупнейших ученых того времени. В 1663 г. Гук уже работал секретарем и демонстратором опытов Английского Королевского общества (академии наук). Когда там стало известно о микроскопе, Гуку поручили провести наблюдения на этом приборе. Имевшийся в его распоряжении микроскоп мастера Дреббеля являл собой полуметровую позолоченную трубу, расположенную строго вертикально. Работать приходилось в неудобной позе - изогнувшись дугой.
Совершенствование микроскопа Гуком
Прежде всего Гук сделал трубу - тубус - наклонной. Чтобы не зависеть от солнечных дней, которых в Англии бывает немного, он установил перед прибором масляную лампу оригинальной конструкции. Однако солнце светило все же гораздо ярче. Поэтому пришла мысль лучи света от лампы усилить, сконцентрировать. Так появилось очередное изобретение Гука - большой стеклянный шар, наполненный водой, а за ним специальная линза. Такая оптическая система в сотни раз усиливала яркость освещения.
Находчивый Гук легко справлялся с любыми трудностями, появлявшимися на его пути. Например, когда понадобилось сделать очень маленькую линзу идеально круглой формы, он опустил острие иглы в расплавленное стекло и затем быстро вынул ее - на кончике иголки сверкала капелька. Гук подшлифовал ее немного - и линза была готова. А когда возникла необходимость улучшить качество изображения в микроскопе, то Гук между двумя традиционными линзами - объективом и окуляром - вставил третью, коллектив, и изображение стало более четким, при этом увеличилось поле зрения.
Когда микроскоп был готов, Гук принялся за наблюдения. Их результаты он описал в своей книге «Микрография», изданной в 1665 г. За 300 лет она переиздавалась десятки раз. Помимо описаний, она содержала замечательные иллюстрации - гравюры самого Гука.
Обнаружения и открытия, строение клетки
Особый интерес в ней представляет наблюдение № 17 - «О схематизме, или строении пробки и о клетках и порах некоторых других пустых тел». Гук так описывает срез обыкновенной пробки: «Вся она перфорированная и пористая, подобно сотам, но поры ее неправильной формы, и в этом отношении она напоминает соты… Далее, эти поры, или клетки, неглубоки, но состоят из множества ячеек, разделенных перегородками».
В этом наблюдении бросается в глаза слово «клетка». Так Гук назвал то, что и сейчас называется клетками, например, клетки растений. В те времена люди не имели об этом ни малейшего представления. Гук первым наблюдал их и дал название, оставшееся за ними навсегда. Это было открытие громадной важности.
Наблюдения Антони ван Левенгука
Вскоре после Гука начал вести свои наблюдения голландец Антони ван Левенгук. Это была интересная личность - он торговал тканями и зонтиками, но не получил никакого научного образования. Зато у него был пытливый ум, наблюдательность, настойчивость и добросовестность. Линзы, которые он сам шлифовал, увеличивали предмет в 200-300 раз, то есть в 60 раз лучше применявшихся тогда приборов. Все свои наблюдения он излагал в письмах, которые аккуратно посылал в Лондонское королевское общество. В одном из своих писем он сообщил об открытии мельчайших живых существ - анималькул, как Левенгук их назвал.
Оказалось, что анималькули присутствуют повсюду-в земле, растениях, теле животных. Это событие произвело революцию в науке - были открыты микроорганизмы.
В 1698 г. Антони ван Левенгук встретился с российским императором Петром I и продемонстрировал ему свой микроскоп и анималькул. Император был так заинтересован всем, что он увидел и что объяснил ему голландский ученый, что закупил для России микроскопы голландских мастеров. Их можно увидеть в Кунсткамере в Петербурге.
Левенгуку принадлежит еще одно важное открытие. Нагревая воду до кипения, он обратил внимание, что практически все анималькулы погибают. Значит, таким способом можно избавляться от болезнетворных микроорганизмов в воде, которую пьют люди.
Камера-обскура
Заканчивая разговор об оптических инструментах, необходимо упомянуть камеру-обскуру, изобретенную в 1420 г. итальянским инженером Дж. Фонтаной. Камера-обскура является простейшим оптическим приспособлением, позволяющим получать на экране изображения предметов. Это темный ящик с небольшим отверстием в одной из стенок, перед которым помещают рассматриваемый объект. Исходящие от него лучи света проходят через отверстие и создают на противоположной стене ящика (экране) перевернутое изображение объекта.
В 1558 г. итальянец Дж. Порта приспособил камеру-обскуру для исполнения рисунков. Ему же принадлежит идея применения камеры-обскуры для проецирования рисунков, помещенных у отверстия камеры и сильно освещаемых свечами или солнцем.
Основной частью микроскопа являются оптические линзы. Искусство шлифовки оптических линз и первые попытки их применения уходят в глубокую древность.
В XVI-XVII вв. это искусство достигло значительного развития, особенно в Голландии и Италии. Потребность в очках вызвала и соответствующую промышленность. Очки практически могли появиться только тогда, когда научились шлифовать стекла с большим фокусным расстоянием (конец XIII века, предположительно 1285-1289 гг.). Вероятно, они были сконструированы под влиянием идей Роджера Бэкона (Roger Bacon, ок. 1214-1294) флорентийцем Сальвино дельи-Армати (Salvino d’Amarto degli Armati) или его соотечественником Александром делля Спина (Alessandro della Spina), хотя сведения об этом не считаются достаточно достоверными. Так или иначе, в первой половине XIV в. очки были уже распространены и широко употреблялись в Европе.
Но еще два столетия понадобилось для того, чтобы идея микроскопа, потенциально существовавшая, вероятно, со времени Бэкона, была реализована и оптические линзы начали применяться как прибор, дающий возможность видеть «невидимое». Лишь к концу XVI в. техника изготовления оптических линз и практика их использования дают условия для изготовления микроскопа, и лишь в XVII в. увеличительные стекла находят применение для исследования природы.
На рубеже XVI и XVII вв. почти одновременно были изобретены два прибора, оказавшие неоценимые услуги в науке: телескоп и микроскоп. История изобретения микроскопа выяснена до сих пор недостаточно и часто подменяется непроверенными сведениями.
До недавнего времени большинство историков считало изобретателями микроскопа голландских оптических мастеров Ганса и Захариаса Янсенов (Hans, Zacharias Janssen), занимавшихся в Миддельбурге изготовлением очков. Однако С. Л. Соболь (1941-1943, 1949) на основании критического анализа существующей исторической документации оспаривает это положение. По мнению С. Л. Соболя, изобретению микроскопа предшествовало изобретение телескопа. Первый прототип микроскопа, считает Соболь, был сконструирован Галилеем в 1609-1610 гг. путем удлинения подзорной трубы (изобретенной им несколько ранее) и увеличения расстояния между вогнутым окуляром и выпуклым объективом. Галилей, очевидно, заметил, что при этом зрительная труба увеличивает близко находящиеся мелкие объекты. Добиваясь в дальнейшем получения более короткофокусных линз, Галилей усовершенствовал первоначальную конструкцию микроскопа, уменьшив длину трубы.
Однако последующая конструкция микроскопа пошла по другому пути, на основе оптического инструмента, предложенного Кеплером, где были применены окуляр и объектив в виде одиночных выпуклых линз, что давало обратное (перевернутое) изображение. Идея такого инструмента была выдвинута Кеплером еще в 1611 г., а в 1613-1617 гг. впервые был сконструирован подобный телескоп.
Поэтому, считает С. Л. Соболь, изобретение микроскопа нужно отнести к 1617-1619 гг. Во всяком случае к 1619 г. относится один из первых микроскопов, о которых сохранились сведения, - микроскоп Дреббеля. Корнелиус Дреббель (Cornelius Drebbel, 1572-1634), крестьянин по происхождению, приобрел славу опытами, где незаурядное знание физики перемешивалось с магией, а наука - с шарлатанством. Прожив богатую приключениями жизнь, Дреббель стал астрологом при дворе английского короля Якова I. Дреббель занимался конструкцией ряда физических приборов, в том числе и микроскопов. Изготовленные Дреббелем микроскопы, изобретателем которых он себя выдавал, распространились в Европе, проникнув из Англии во Францию и Италию. Изображена реконструкция микроскопа Дреббеля, выполненная по указанию С. Л. Соболя на основании описания, относящегося к 1619 г. Труба этого микроскопа около полуметра длиной, при диаметре около 5 см; она была сделана из позолоченной меди и поддерживалась тремя медными дельфинами на круглой подставке из черного дерева. На подставку, пишет современник, «клались различные вещи, которые мы рассматривали сверху в увеличенном почти до невероятности виде».
Первые четыре десятилетия конструкция микроскопа прогрессировала медленно, однако вместо объективов типа очковых линз постепенно начинают применять более короткофокусные линзы. Кирхер (Atanasius Kircher, 1601-1680), немецкий естествоиспытатель, издал в Риме сочинение под названием «Великое искусство света и тени» (Ars magna lucis et umbrae), где дал перечень существовавших в то время микроскопов (С. Л. Соболь, 1949).
В начале XVII века к микроскопу относились преимущественно как к любопытной игрушке, с помощью которой, забавы ради, можно рассматривать мелких насекомых и вообще различные мелкие предметы, но который мало кто считал серьезным научным инструментом. «Микроскопы» того времени представляли собой трубку с двумя стеклами по концам; их называли «блошиными» или «комариными стеклами» (vitrium pulicarium), в чем отражалось характерное для этого периода легкомысленное отношение к инструменту, служившему обычно для изумления наблюдателей величиной изображения. Гевелиус (Jan Heveliusz, 1611--1687), выдающийся польский астроном, в своей «Селенографии», изданной в Гданьске, так описывает подобный «микроскоп»: «Микроскоп, который обычно называют комариным стеклом, показывает маленькие тельца и едва ли заметных зверьков в величину верблюда или слона, так что это вызывает большое удивление и забаву. Он состоит из двух стекол и трубки, около дюйма длиной, перед которой располагается объект. Одно стекло, расположенное около глаза, выпуклое, вышлифованное из сегмента небольшого шара, не более двух дюймов в диаметре; другое стекло, лежащее у основания, где располагаются рассматриваемые предметы, - простое плоское стекло, назначение которого пропускать свет». Таким образом, служившие для забавы «микроскопы» представляли собою чаще всего простые лупы, или, как их позже стали называть, «простые микроскопы». Но наряду с этим Гевелиус описывает и «сложный микроскоп» из двух выпуклых линз типа микроскопа Дреббеля, в отношении которого он замечает, что «при этом способе предстоящие мельчайшие объекты, которые ускользают от глаз, явятся более ясными и отчетливыми, чем в первом микроскопе» (т. е. в «блошином стекле»).
Применение микроскопа с научными целями впервые было начато по инициативе Федерико Чези (Federico Cesi, 1585-1630) в римской Academia dei Lincei (к ее составу принадлежал и Галилей). По-видимому, итальянский натуралист Стеллути (Francesco Stelluti, 1577-1646) одним из первых применил микроскоп для изучения биологического объекта - пчелы.
Первые микроскопы никаких осветительных приспособлений и приспособлений для изменения фокуса не имели. Объекты рассматривались в них при дневном освещении в падающем свете. Естественно, что эти микроскопы давали весьма плохое и искаженное изображение.
Первое усовершенствование микроскопа и пропаганда этого прибора в качестве научного инструмента связаны с именем выдающегося английского физика Роберта Гука (Robert Hooke, 1635-1703), впервые обнаружившего при помощи своего микроскопа «клетки» у растений. Таким образом, возникновение понятия о клетке почти совпадает с периодом появления микроскопа и зарождения микроскопии.
Гук был знаком с микроскопом, привезенным Дреббелем в 1619 г. в Англию. Будучи по складу ума изобретателем, Гук заинтересовался новым прибором и поставил перед собой цель реконструировать микроскоп Дреббеля. Гуку удалось создать инструмент, обладавший рядом преимуществ по сравнению с существовавшими микроскопами. В «Микрографии» (1665) Гук дал подробное описание и изображение своего микроскопа. Тубус имел около 8 см в диаметре и около 18 см длины и был снабжен приспособлениями для некоторого изменения расстояния объектива от объекта и изменения наклона трубы. Существенным изменением оптической части микроскопа было введение третьей двояковыпуклой линзы, помещенной между окуляром и объективом; уменьшая изображение, эта линза делала его более отчетливым и увеличивала поле зрения. Объект располагался на небольшом круглом диске или его нанизывали на штифт, расположенный на диске сбоку. К микроскопу был приспособлен осветительный аппарат, состоявший из источника света, наполненного водой стеклянного шара и двояковыпуклой линзы, концентрировавшей свет на объект. Таким образом, и в микроскопе Гука объект рассматривался в падающем свете. При помощи этого микроскопа Гук сделал поразительные по тонкости наблюдения, описание которых в его «Микрографии» сопровождается прекрасными иллюстрациями, показывающими тонкость наблюдений этого первого микроскописта.
Одновременно с Гуком над усовершенствованием микроскопа работал в Риме Эвстахий Дивини (Divini, 1667), внесший существенное улучшение введением окуляра, составленного из двух плосковыпуклых линз, выпуклые поверхности которых были направлены друг к другу. Это создавало плоское поле зрения и более равномерное увеличение различных частей рассматриваемого предмета. Линзы Дивини увеличивали от 41 до 143 раз. Конструкцией микроскопов занимались в Италии еще несколько мастеров, способствовавших распространению нового прибора.
В 1672 г. немецкий оптик Штурм (Sturm) ввел в микроскоп новое улучшение: вместо объектива с одной линзой, он изготовил объективы из двух линз: плосковыпуклой и двояковыпуклой или из двух двояковыпуклых линз с различной кривизной («дублеты»). Таким образом, в практику вводятся микроскопы с комбинацией нескольких линз в окуляре и в объективе. Венский инженер Гриндель фон Ах (Griendel von Ach) сконструировал в 1685 г. микроскоп с 6 линзами. Общий вид этого микроскопа очень схож с описанием микроскопа Дреббеля.
Новое изменение в конструкцию микроскопа ввел (около 1665 г.) итальянец Камяани (Giuseppe Campani), микроскоп которого имел в предметном столике отверстие и зажимы для стеклянных или слюдяных пластинок с объектами. Его микроскоп состоял из двух линз. Ту же конструкцию Тортона (Carl Anton Tortona) применил для своего трехлинзового микроскопа (около 1685 г.). Микроскоп Тортоны состоял из трубки, в верхний конец которой был вставлен окуляр, далее располагалась собирательная линза, а внизу был укреплен объектив. Все линзы представляли собой двояковыпуклые чечевицы. На трубку навинчивалось кольцо, соединенное с объектодержателем, состоящим из двух стекол, между которыми помещался предмет, рассматриваемый в проходящем свете.
Изображена модель микроскопа Бонануса (Bonannus) - одна из наиболее сложных моделей конца XVII в. За основу взят микроскоп Тортоны, дополненный рядом приспособлений. Микроскоп Бонануса сконструирован так, чтобы, прочно фиксировав положение инструмента, освободить руки наблюдателя (микроскопы Тортоны, как и первые микроскопы Бонануса, надо было держать в руках) и сконцентрировать на объекте максимум света. Микроскоп состоит из тубуса (АВ), несущего линзы. Винт Z зажимает вертикальную подачу тубуса, укрепленного в держателе У. Приспособление RTG, деталь которого изображена отдельно, позволяет передвигать тубус вперед и назад, т. е. менять фокусное расстояние. Это первая попытка механического приспособления для установки фокуса при неподвижной фиксации объекта. Объект помещается в особый держатель CD, зажатый между двумя стеклами, вделанными в деревянные пластинки I. Освещается объект лампой Q, свет которой концентрируется конденсором О; конденсор может двигаться по горизонтальной и вертикальной плоскости. В микроскопе Бонануса есть уже зачатки основных механических частей и приспособлений позднейшего микроскопа: механическая подача тубуса, осветитель и предметный столик. Объект рассматривался в проходящем свете; Бонанус снова ввел для этой цели искусственное освещение.
Оптические части его микроскопа состояли из трех или четырех линз, дававших увеличение в 200-300 раз.
Несмотря на все эти нововведения, микроскоп оставался очень несовершенным инструментом, так как при употреблении комбинированных систем линз резко ощущались сферическая и хроматическая аберрации, сильно искажавшие изображения при сколько-нибудь большом увеличении. В этом приходится искать причину того, что некоторые выдающиеся исследователи XVII и XVIII вв. не применяли сложного микроскопа.
Сваммердам - замечательный зоотом XVII в., прославившийся искусством препаровки мелких объектов, особенно насекомых, употреблял лишь простую лупу. Он сконструировал прибор, где можно было быстро сменять лупы разных увеличений, и при помощи этого прибора последовательно переходил от слабых линз к сильным, не прибегая к их комбинированию.
Лёвенгук, второй замечательный голландский микроскопист, также не пользовался настоящим сложным микроскопом. «Микроскопы» Лёвенгука были в действительности лупами. Изображен один из подобных инструментов Лёвенгука. Он представлял собой две серебряные пластинки, имеющие отверстие, в которое вделана линза; позади помещается держатель для объекта. Наблюдатель брал «микроскоп» за особую ручку и рассматривал объекты в проходящем свете. Для различных объектов Лёвенгуку приходилось делать разные держатели, и он делал с этой целью новые инструменты. По собственному заявлению, Лёвенгук обладал 200 «микроскопами», дававшими увеличение от 40 до 270 раз. Только исключительное мастерство в шлифовке стекол позволило Левенгуку изготовлять линзы с таким поразительным увеличением (ведь увеличение в 270 раз достигалось одной линзой), а зоркость наблюдателя позволила Лёвенгуку сделать поразительные открытия.
Таковы инструменты, с которыми работали и сделали выдающиеся открытия микроскописты XVII в. Достойно удивления, как с такими примитивными приборами можно было описывать те порой поразительные по точности детали, которые мы находим в их работах. Очевидно, настойчивость, перспектива открытия новых, никому не известных фактов, помогали преодолевать трудности, которые ставил перед наблюдателем микроскоп в ранний период своего возникновения.
К сказанному нужно добавить, что изучаемые объекты рассматривались без всякой обработки, прямо в воздухе, помещенными на стекло (иногда между двумя стеклами) или наколотыми на иголку. Резкая разница между показателями преломления воздуха и объекта создавала дополнительные трудности для изучения. Наконец, несмотря на исключительное мастерство в шлифовке линз, стекла того времени давали резкую хроматическую аберрацию, особенно чувствительную в сложных микроскопах, где недостатки одной системы стекол усиливались второй системой - окуляром.
Едва ли кто-либо из современных опытных микроскопистов, избалованных новейшими ахроматическими микроскопами, мог бы при помощи инструментов, которыми пользовались в XVII в., рассмотреть то, что видели выдающиеся микроскописты того времени. Простой современный школьный микроскоп представляет собой шедевр, с которым эти старинные микроскопы нельзя сравнивать. И тем не менее с их помощью открывали замечательные факты. Одним из них явилось открытие в XVII в. клеточного строения растений.
История микроскопа
Невозможно точно определить, кто изобрёл микроскоп. Считается, что голландский мастер очков Ханс Янссен и его сын Захария Янссен изобрели первый микроскоп в , но это было заявление самого Захария Янссена в середине XVII века . Дата, конечно, не точна, так как оказалось, что Захария родился около г. Другим претендентом на звание изобретателя микроскопа был Галилео Галилей. Он разработал «occhiolino» («оккиолино»), или составной микроскоп с выпуклой и вогнутой линзами в г. Галилей представил свой микроскоп публике в Академии деи Линчеи, основанной Федерико Чези в г. Изображение трёх пчел Франческо Стеллути было частью печати Папы Урбана VIII и считается первым опубликованным микроскопическим символом (см. «Stephen Jay Gould, The Lying stones of Marrakech, 2000»). Кристиан Гюйгенс , другой голландец, изобрел простую двулинзовую систему окуляров в конце 1600-х , которая ахроматически регулировалась и, следовательно, стала огромным шагом вперед в истории развития микроскопов. Окуляры Гюйгенса производятся и по сей день, но им не хватает широты поля обзора, а расположение окуляров неудобно для глаз по сравнению с современными широкообзорными окулярами. Антон Ван Левенгук ( -) считается первым, кто сумел привлечь к микроскопу внимание биологов, несмотря на то, что простые увеличительные линзы уже производились с 1500-х годов , а увеличительные свойства наполненных водой стеклянных сосудов упоминались ещё древними римлянами (Сенека). Изготовленные вручную, микроскопы Ван Левенгука представляли собой очень небольшие изделия с одной очень сильной линзой. Они были неудобны в использовании, однако позволяли очень детально рассматривать изображения лишь из-за того, что не перенимали недостатков составного микроскопа (несколько линз такого микроскопа удваивали дефекты изображения). Понадобилось около 150 лет развития оптики, чтобы составной микроскоп смог давать такое же качество изображения, как простые микроскопы Левенгука. Так что, хотя Антон Ван Левенгук был великим мастером микроскопа, он не был его изобретателем вопреки широко распространённому мнению.
Недавние достижения
Немецкие ученые Штефан Хелль в 2006 году Stefan Hell и Мариано Босси Mariano Bossi из Института биофизической химии разработали оптический микроскоп под названием Наноскоп, позволяющий наблюдать объекты размером около 10 нм и получать высококачественные трёхмерные изображения.
Применение
Устройство микроскопа
Оптическая система микроскопа состоит из основных элементов - объектива и окуляра. Они закреплены в подвижном тубусе, расположенном на металлическом основании, на котором имеется предметный столик.
В современном микроскопе практически всегда есть осветительная система (в частности, конденсор с ирисовой диафрагмой), макро- и микро- винты для настройки резкости, система управления положением конденсора.
В зависимости от назначения, в специализированных микроскопах могут быть использованы дополнительные устройства и системы.
Объективы
Иммерсия
Может быть сухой и масляной. а)сухая: показатель преломления равен 1; б)масляная: используется при работе с мелкими объектами, показатель преломления равен 1,33 Иммерсионное масло добывают из деревьев
Окуляры
Система освещения препарата
В первых микроскопах исследователи вынуждены были пользоваться естественными источниками света. Для улучшения освещённости стали использовать зеркало, а затем - и вогнутое зеркало, с помощью которого на препарат направляли лучи солнца или лампы. В современных микроскопах освещение регулируют с помощью конденсора.
Конденсор
Конденсор тёмного поля
Предметный столик
Предметный столик выполняет роль поверхности, на которой размещают микроскопический препарат. В разных конструкциях микроскопов столик может обеспечить координатное движение препарата в поле зрения объектива, по вертикали и горизонтали, или поворот препарата на заданный угол.
Вспомогательные приспособления
Предметные и покровные стёкла
Первые наблюдения в микроскоп производились непосредственно над каким-либо объектом (птичье перо, снежинки, кристаллы и т. п.). Для удобства наблюдения в проходящем свете, препарат стали размещать на стеклянной пластинке (предметное стекло). Иногда эту пластинку делали с лункой - для размещения объекта в капле воды. Позже препарат стали закреплять тонким покровным стеклом, что позволило создавать коллекции образцов, например, гистологические коллекции.
Классификация
Рабочие лабораторные микроскопы
Бинокулярные микроскопы
Бинокуляр Olympus_SZIII Stereo microscope
Исследование с помощью компьютеризованного бинокулярного микроскопа
Бинокулярный микроскоп (иначе - стереомикроскоп) позволяет получать 2 изображения объекта, рассматриваемые под небольшим углом, что обеспечивает объёмное восприятие. В современных бинокулярных микроскопах одновременно используются два окуляра (по одному на каждый глаз) и обычно 1 объектив. Общее увеличение (объектив*оккуляр) бинокуляров обычно меньше, чем у монокулярных микроскопов. Бинокулярные микроскопы хорошо работают как в проходящем, так и в отражённом свете..
Такой прибор, как микроскоп, и раньше, и в современном мире пользуется огромной популярностью. Каждый из нас еще со школьных времен хорошо помнит, что это оптическое устройство, которое увеличивает объекты в сотни, а то и в тысячи раз. На уроках биологии мы смотрели через окуляр на клетки луковой пленки и удивлялись хитроумности и сложности такого прибора. Сегодня же попробуем разобраться в том, кто изобрел микроскоп, так как точного ответа на этот вопрос еще нет.
Как появился первый микроскоп
Оптические свойства изогнутых поверхностей были обнаружены еще в 300-х годах до нашей эры. Евклид в своих трактатах рассказал о проведенных исследованиях, объяснив преломление и в результате чего происходило зрительное увеличение предметов. Птолемей в работе "Оптика" описал характеристики воспламеняющих стекол. Но в то время все эти свойства не нашли применения. И только через несколько веков их использовали на практике.
Ханс Янсен вместе со своим сыном Захарием соорудили в 1550 году самую первую модель устройства: в одну трубку поместили две линзы, получив таким образом пятидесятикратное увеличение. Это и есть один из вариантов ответа на вопрос о том, кто изобрел примитивный микроскоп. А Галилей в 1610 году обнаружил, что, раздвигая им изобретенную, можно также увеличить небольшие предметы. Именно этот ученый и стал считаться тем, кто изобрел первый микроскоп, состоящий из отрицательной и положительной линз. После этой даты исследования в рассматриваемой области начали стремительно развиваться.
17 век - время великих открытий
В указанном столетии произошла самая настоящая научно-техническая революция, которая и стала фундаментом большинства современных наук: биологии, медицины, физики, математики. Были сделаны грандиозные открытия и великие изобретения. Как раз в то время микроскопы заметно усовершенствовались и стали важной частью каждого исследователя. Но так никто точно и не сказал, кто изобрел микроскоп, кого считать его создателем. По одному из мнений, создателем рассматриваемого прибора является А. Кирхер, в 1646 году описавший устройство под названием "блошиное стекло". Из чего оно состояло?
Это была лупа, закрепленная в основе из меди, которая держала предметный столик. В самом низу размещалось отражавшее свет и освещающее предмет. При помощи винта можно было перемещать лупу и настраивать изображение. Такое устройство стало прообразом современного светового микроскопа.
Система окуляров К. Гюйгенса и дальнейшее развитие устройства
Создание данной системы стало большим шагом в развитии микроскопов. Удалось получить бесцветное изображение, что позволило увеличить четкость изучаемых предметов. Ученый К. Дребель в начале 17 века сделал сложный микроскоп, состоящий из двух линз: первая обращена к предмету, вторая - к глазу исследователя.
При этом в первой использовались стекла двояковыпуклые, что давало перевернутое увеличенное изображение. в 1661 году усовершенствовал устройство, добавив еще одну линзу. Такой тип и стал самым популярным для большинства моделей микроскопов до средины 18 века. Еще один изобретатель - Антоний Ван Левенгук - также считается тем, кто изобрел микроскоп. Причина - его огромный вклад в развитие рассматриваемого прибора. В свободное от работы время он шлифовал линзы. Несмотря на то, что они были относительно маленькими, увеличение давали поразительное - в 350-400 раз.
Влияние микроскопа на микробиологию
Используя свои линзы, Левенгук создал собственное устройство и стал изучать различные объекты. Так вот, всего лишь через одну небольшого размера сферическую линзу он увидел в капле грязной воды множество живых существ мельчайшего размера. Был сделан вывод о том, что существует какая-то микроскопическая жизнь. Левенгук занялся ее изучением, что положило начало еще одной новой науке - микробиологии. В 1861 году ученый представил свое открытие Лондонскому королевскому обществу и получил звание изобретателя микроскопов и величайшего исследователя.
Получается так, что и он - тот, кто изобрел микроскоп. К настоящему времени описываемые приборы претерпели большие изменения. Появились модели, которые используют не свет для получения изображения, а потоки электронов, а иногда и лазерное излучение. Для этого применяют и компьютерные вычисления. Микроскоп стал одним из важнейших приборов в исследованиях по естественным наукам, он применяется и в химии, и в биологии, и в физике.
Электронный микроскоп
Если задаться вопросом о том, кто изобрел электронный микроскоп, то правильный ответ будет таким: физики из Шеффилдского университета. В основе старого устройства - метод трансмиссионной микроскопии, позволяющий получать разрешение изображений, ограниченное только длиной волны электрона. В конструкции просвечивающего прибора исследователи отказались от магнитных линз, так как именно они в основном и понижали разрешение.
Сквозь образец проходили дифракции волн, и путем компьютерного анализа получалось изображение. Это электронная птихография. При помощи небольшой модификации конструкции и несколько другого способа формирования конечного изображения ученым удалось в пять раз увеличить разрешение на уже существующем приборе.
Принцип действия электронного микроскопа
Сейчас уже не столь важно, кто изобрел впервые микроскоп. Ныне правят бал совсем другие, намного более мощные устройства, в том числе электронные. По принципу работы они похожи на световые. Только в них вместо через образец проходят электроны, а магниты используются вместо стеклянных линз.
Но оно размывается из-за аберраций, присущих магнитным линзам. Ученые нашли способ восстановления изображений. Это позволило убрать из схемы магниты и, соответственно, искажения.
Кто изобрел световой микроскоп? Немного истории
Что такое оптический микроскоп? Это лабораторная система, предназначенная для получения изображений малых объектов в увеличенном виде с целью их изучения, рассмотрения и практического применения. Мы начали нашу статью с истории развития микроскопа, сейчас же посмотрим на этот вопрос с другой стороны. В настоящее время такое устройство необходимо не только врачам и биологам.
Без него невозможно представить высокие современные технологии с нынешними требованиями к контролю сборки и качеству продукции.
Расскажем об одном достижении. В 2006 году немецкие ученые Мариано Босси и Штефан Хелль разработали наноскоп - сверхмощный оптический микроскоп, который позволяет исследовать объекты супермаленького размера в 10 Нм, а также получать 3D-изображения высочайшего качества.
Кратко о возможностях современных устройств
Мы с вами немного разобрались с вопросом о том, кто изобрел первый микроскоп. А теперь буквально пару слов о возможностях современных приборов. В 2010 году из израильского университета Йешивы пришло известие о том, что ученые смогли проследить, как внутри клетки перемещаются отдельные молекулы. Тогда же немецкие исследователи запечатлели молекулярные превращения в ходе химических реакций. А еще на год раньше в Харьковском ФТИ получили четкое изображение отдельного атома.
Также нужно отметить то, что в настоящее время световые микроскопы догоняют электронные по своим возможностям.
