光學(xué)顯微鏡的發(fā)展歷史——二十世紀(jì)及之后的顯微科學(xué)
光學(xué)顯微鏡的發(fā)展歷史系列:
二十世紀(jì)的顯微科學(xué)
過去的那一個世紀(jì)是一個激動人心的世紀(jì)。各種學(xué)科都得到了極大的發(fā)展,尤其是自然科學(xué),顯微科學(xué)也不例外。由于人們在物理、數(shù)學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域取得了非常大的進展,顯微鏡的質(zhì)量大大提高,各種新型的顯微鏡也應(yīng)運而生。比如倒置顯微鏡、偏振光顯微鏡、熒光顯微鏡、相差顯微鏡、微分干涉顯微鏡、電子顯微鏡以及最先進的共焦激光掃描顯微鏡(CLSM)和掃描隧道電子顯微鏡(STM)。各種新技術(shù)也相繼出現(xiàn):如免疫熒光技術(shù)、基因工程技術(shù)等。年輕的數(shù)字成像技術(shù)開始了用計算機來處理傳送顯微影象的時代,使人們記錄顯微影像的方式又前進了一步。人們采用這些先進的技術(shù)相繼發(fā)現(xiàn)了細胞的各種精細結(jié)構(gòu),如細胞骨架、遺傳物質(zhì)RNA和DNA,各種病毒粒子和蛋白質(zhì)分子也被人們看到。1982年,掃描隧道電子顯微鏡被發(fā)明,這種顯微鏡具有極高的分辨率(0.1埃,即百億分之一米),人們用它第一次看到了原子;在1989年人們又用它拍到了清晰的DNA的照片。
在二十世紀(jì)初出現(xiàn)了雙目顯微鏡。這種顯微鏡比起傳統(tǒng)的單目顯微鏡來明顯的好處就是觀察者可以有更廣闊的視野而且也更加附和人的視覺習(xí)慣,使眼部疲勞減輕。在這種顯微鏡的鏡身內(nèi)裝有一個精巧的玻璃棱鏡,它使從物鏡來的光束分為兩道并且改變方向(使光束與地面成一定的角度,而不是原來的與地面垂直的方向),分別進入人的兩只眼睛。這種結(jié)構(gòu)被后來的高級顯微鏡廣為采用。
同時代的解剖鏡還有:?
Bausch和Lomb的解剖顯微鏡
現(xiàn)代解剖顯微鏡的結(jié)構(gòu)都是以這個顯微鏡為模板。
最經(jīng)典的復(fù)式顯微鏡:Zeiss實驗室顯微鏡
這種顯微鏡與我們今天所使用的一些普通顯微鏡一模一樣。事實上,我們現(xiàn)在所使用的一些普通型顯微鏡的結(jié)構(gòu)都是以它為模板的。由于這種顯微鏡性能好,價格低廉,所以在一上市的時候就得到了人們的青睞,很快占領(lǐng)了各大實驗室和醫(yī)院等地方。成為至今為止最暢銷的復(fù)式顯微鏡,為科學(xué)的發(fā)展作出了巨大貢獻。??
當(dāng)時與這種顯微鏡結(jié)構(gòu)相近的顯微鏡有:
Andrew Ross的顯微鏡
?
W·Watson和Sons的顯微鏡
Bausch和Lomb的顯微鏡
它們都是最早具有(物鏡)轉(zhuǎn)換器的顯微鏡。轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn),使一個顯微鏡變換出更多的放大倍數(shù)。
1933年,德國人魯斯卡(Ruska)設(shè)計制造了第一臺電子顯微鏡,其性能遠遠超過了光學(xué)顯微鏡。后來經(jīng)過人們的努力,電子顯微鏡的分辨率由最初的500納米(百萬分之五米)提高到現(xiàn)在的1埃(十億分之一米);放大率已達到幾十萬倍以上。從50年代開始,研究者們應(yīng)用電子顯微鏡相繼取得了很多重要成就??梢哉f,電子顯微鏡的出現(xiàn)大大推動了人類的科學(xué)研究。
西門子電子顯微鏡——Siemens Elmiskop IA Transmission Electron Microscope
雖然顯微攝影術(shù)在十九世紀(jì)中葉就已經(jīng)出現(xiàn),但由于當(dāng)時照相技術(shù)本身的不成熟,十九世紀(jì)的顯微攝影術(shù)并沒有被廣泛地使用。直到二十世紀(jì)初,由于在膠片和相機的制造技術(shù)上取得了突破,顯微攝影才開始被廣泛地使用起來,逐步成為了記錄顯微圖像的主要方式之一。新興的數(shù)碼成像技術(shù)更是把顯微攝影技術(shù)推向了一個新高峰,使顯微科學(xué)與數(shù)字技術(shù)的發(fā)展牢固地結(jié)合起來,為人類的科學(xué)發(fā)展做出貢獻。
總觀顯微科學(xué)四百多年的歷史,我們可以看到,任何一個學(xué)科的發(fā)展都離不開其它學(xué)科的支持。各種學(xué)科的互相穿插,交融在今天的科學(xué)研究中已顯得越來越重要。這是社會發(fā)展的必然結(jié)果,是不可阻擋的潮流。?
新型的現(xiàn)代光學(xué)顯微鏡
新型的現(xiàn)代光學(xué)顯微鏡在視場清晰范圍、中心偏離程度(也就是合軸程度)、齊焦性能等方面已達到高度完善,其數(shù)值孔徑已接近極限,視場中心的分辨率與理論值之區(qū)別已微乎其微。但繼續(xù)增大顯微物鏡視場與提高視場邊緣成像質(zhì)量的可能性仍然存在,這種研究工作,至今仍在進行。在顯微鏡本身結(jié)構(gòu)發(fā)展的同時,顯微觀察技術(shù)也在不斷創(chuàng)新:1850年出現(xiàn)了偏光顯微術(shù);1893年出現(xiàn)了干涉顯微術(shù);1935年荷蘭物理學(xué)家澤爾尼克創(chuàng)造了相襯顯微術(shù),他為此在1953年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。?現(xiàn)代光學(xué)顯微鏡中還有微分干涉相襯顯微鏡、光聲顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡等,顯微觀察技術(shù)與產(chǎn)品應(yīng)用得到快速的發(fā)展。?
更多的新型顯微鏡層出不窮,在此就不一一列舉了,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也將產(chǎn)生更多更好的顯微成像系統(tǒng)。
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