Sikker checkout

Mikroskopets tidslinje

14. århundrede: briller først fremstillet i Italien

1590: To hollandske brilleproducenter og far -and-son team, Hans og Zacharias Janssen, opretter det første mikroskop.

1667: Robert Hookes berømte “Micrographia” udgives, som skitserer Hookes forskellige undersøgelser ved hjælp af mikroskopet.

1675: Indtast Anton van Leeuwenhoek, der brugte et mikroskop med en linse til at observere insekter og andre prøver. Leeuwenhoek var den første til at observere bakterier. 18. århundrede: Da teknologien forbedredes, blev mikroskopi mere populær blandt forskere. En del af dette skyldtes opdagelsen af, at kombinationen af to typer glas reducerede den kromatiske effekt.

1830: Joseph Jackson Lister opdager, at brug af svage linser sammen på forskellige afstande gav klar forstørrelse.

1878: En matematisk teori, der knytter opløsning til lysbølgelængde, er opfundet af Ernst Abbe.

1903: Richard Zsigmondy opfinder ultramikroskopet, som giver mulighed for observation af prøver under lysets bølgelængde.

1932: Transparente biologiske materialer undersøges for første gang ved hjælp af Frits Xernikes opfindelse af fasekontrastmikroskopet.

1938: Bare seks år efter opfindelsen af fasekontrastmikroskopet kommer elektronmikroskopet, udviklet af Ernst Ruska, der indså, at brug af elektroner i mikroskopi forbedret opløsning.

1981: 3D-prøvebilleder er mulige med opfindelsen af scanningstunnelmikroskopet af Gerd Binnig og Heinrich Rohrer.

Historie af det sammensatte mikroskop

Ligesom grækerne havde et fuldt fungerende strålevarmesystem, der fungerede to tusind år før de først nu blev introduceret i USA, så ser det ud til, at oprindelsen af det sammensatte lysmikroskop kan spores, ikke til Holland, England eller Frankrig – men til Kina, som måske er passende i betragtning af Kinas nuværende overvægt ved levering af sammensatte lysmikroskoper!

Vandmikroskopet

Ifølge en gammel kinesisk tekst, de kinesiske så forstørrede prøver gennem en linse i slutningen af et rør, hvilket rør var fyldt med forskellige niveauer af vand i henhold til den forstørrelsesgrad, de ønskede at opnå. Genial, effektiv og gentagelig i hjemmet i dag. At dette skete for omkring 4.000 år siden i Chow-Foo-dynastiet og mere end 3.500 år før “moderne mikroskopis far” blev født, er ret bemærkelsesværdigt.

At disse kinesiske oldere nåede forstørrelsesniveauer på 150 gange i dag “s standard, eller 100 moou, er betagende. Det er som om de udviklede en bybil, der opnåede Mach II. Hvis de byggede en sådan bil, er der aldrig fundet nogen henvisning til den. Tilsvarende er der ingen yderligere kendt henvisning til sådan en sammensat mikroskopanordning, indtil vi vender tilbage til grækerne igen.

Ikke mindre en person end Aristoteles beskriver et mikroskops funktion i nogle Grækerne gjorde bestemt god brug af buede linser, som er en væsentlig bestanddel af ethvert stereo- eller sammensat mikroskop. Gamle græske drenge delte sandsynligvis enhver amerikansk drengs følelse af triumf ved at bruge en buet linse eller forstørrelsesglas for at starte en ild. Grækerne brugte det imidlertid også til kirurgiske indgreb, ikke på myrer, som små drenge ikke plejer at gøre, men på mennesker – til at ætse sår og læsioner forårsaget af spedalskhed og så videre.

Gamle egyptere og romere anvendte også forskellige buede linser, selvom der ikke er fundet nogen henvisning til et sammensat mikroskop. Grækerne gav os imidlertid ordet “mikroskop”. Det kommer fra to græske ord, “uikpos”, “lille” og “okottew”. Mens gamle kinesere, grækerne og romerne alle anvendte deres uendelige visdom på problemet, er der ingen kendt henvisning til hverken brugen af kunstigt lys eller til flere linser. Med andre ord kan vi give de gamle stor ære for deres fremsyn og præstationer, men vi er nødt til at se andre steder for at afdække både det første lys- og sammensatte mikroskop.

Utroligt, de næste historiske referencer med noget ved alt at gøre med mikroskoper, eller mere præcist, optik er 1.200 år efter, at Rom blev fyret, og selv da henvises der kun til brugen af linser i opfindelsen af briller. Sæt en anden vej rundt, nogle af de smarteste mennesker, som planeten nogensinde har produceret, spillet og arbejdet med enkeltlinser i flere tusinde år uden at tage det videre.

Briller

Så inden for få år i Toscana, Italien, hævdede to mænd, at de uafhængigt havde opfundet briller. Beviset? Deres gravsten! Den ene, Salvano d “Aramento degli Amati døde i 1284 i Firenze og hævdede at have holdt processen hemmelig. Den anden, Allessandro della Spina døde i 1317 og hævdede at have afsløret sin proces. Pisa og Firenze er kun en kort galop væk. Tilfældighed ? Du bestemmer.

Under alle omstændigheder holdt en lokal munk, Girodina da Rivalta, en prædiken i 1306, hvor han entusiastisk støttede briller som en fantastisk opfindelse og i forbifarten indikerede, at de havde været i brug i omkring 20 år. Endelig beklagede en anden lokal fra Popozo-familien i 1289, at “Jeg er så svækket af alderen, at uden de briller, der er kendt som briller, ville jeg ikke længere være i stand til at læse eller skrive.”

Teleskoper

Omkring samme tid ser det ud til, at linser blev brugt i tidlige teleskoper. I det 13. århundrede diskuterer engelskmanden Roger Bacon dem udførligt. Både briller og mikroskoper er relevante for mikroskoper, fordi de sporer den stadig mere sofistikerede brug af linser – den væsentlige optiske komponent i ethvert mikroskop.

Så kun 200-300 år senere finder vi en overflod af referencer og hårdt bevis for både teleskoper og mikroskoper. Renæssancen var ankommet og med den en rigelig blomstring inden for kunst og videnskab. Vigtigst af alt, med opfindelsen af trykkeriet, kunne ideer og udvikling spredes let og hurtigt. Som et resultat blev Thomas Digges “arbejde med teleskopet i England i midten af det 16. århundrede og Hans Lippersheys arbejde, der omfattede ansøgning om teleskoppatent, overført til andre, herunder ikke mindre et geni end Galileo.

Galileo begyndte straks at arbejde med linser. På kort tid udviklede han et forbedret teleskop med en fokuseringsenhed og fortsatte med at erobre stjernerne. Når det er sagt, skal vi også hylde Sir Isaac Newton, som omkring samme tid i Storbritannien opfandt det reflekterende teleskop.

Sammensatte mikroskoper

Men hvad med mikroskoper? samme Hans Lippershey og hans søn, Zaccharias Hanssen, eksperimenterede med forskellige linser. I slutningen af 1590erne brugte de flere linser i et rør og var forbløffede over at se, at objektet i slutningen af røret blev forstørret betydeligt ud over et forstørrelsesglas. De havde netop opfundet det sammensatte mikroskop. Det vil sige, de havde opdaget, at et billede forstørret af en enkelt linse kan forstørres yderligere med et andet eller flere objektiver.

Så i midten af det 17. århundrede tog en englænder, Robert Hooke og en hollænder, Anthony Van Leeuwenhoek mikroskopet til nye niveauer . Hooke var et sygeligt geni, der elskede at eksperimentere. Han gjorde det på tværs af en lang række videnskabelige studieretninger og med stor succes. Han opfandt universalleddet, irismembranen (en anden nøglekomponent i mange moderne lysmikroskoper), et åndedrætsværn, et ankerudslip og balancefjeder til ure.

Han udarbejdede også den rigtige teori om forbrænding; udtænkt en ligning, der beskriver elasticitet, der stadig anvendes i dag (“Hookes lov”) og opfandt eller forbedrede meteorologiske instrumenter såsom barometer, anemometer og hygrometer osv. Mest af alt er han dog kendt for Micrographia, hans studier med et mikroskop, udgivet i 1665. Micrographia blev en sensation natten over ikke kun for det, han beskrev, men for de fantastiske tegninger, han lavede.

Han beskrev en ny verden sammen med udsøgte tegninger af de stikkende hår på en brændenælde, en loppe og, mest berømt af alt, bikagestrukturen eller “cellerne” i en kork. Det var Hooke, der opfandt udtrykket “celler”, når han beskrev levende væv. Interessant nok, mens Hooke brugte et sammensat mikroskop, fandt han, at det var meget anstrengt og svækket hans syn. Til sin Micrographia foretrak han at bruge et enkelt mikroskop med enkelt linse lavet af guld og læder og belyst af et lys. Måske det første lys mikroskop?

Antonie van Leeuwenhoek – Faderen til mikroskopet

Det var dog Leeuwenhoek, der levede på samme tid som Hooke og trak på Hookes arbejde for at bringe mikroskopdesign til nye niveauer af sofistikering. Som gardiner brugte han et simpelt mikroskop til at undersøge klud. Som videnskabsmand begyndte han at eksperimentere med nye måder at slibe linser for at forbedre den optiske kvalitet. I alt jordede han nogle 550 linser, hvoraf nogle havde en lineær forstørrelseseffekt på 500 og en opløsningskraft på en milliontedel tomme – en forbløffende bedrift.

Leeuwenhoek detaljerede disse præstationer i næsten 200 bogstaver til The Royal Society i London, hvor ikke mindre en person end Robert Hooke validerede dem. Resultatet af alt dette arbejde var et enkelt, enkelt linse, håndholdt mikroskop. Prøven blev monteret på toppen af markøren, over hvilken der lå en konveks linse fastgjort til en metalholder. Prøven blev derefter set gennem et hul på den anden side af mikroskopet og blev fokuseret ved hjælp af en skrue.

Hans mest berømte eksperiment kom måske i 1674, da han så lidt søvand:

“Jeg så nu meget tydeligt, at det var små ål, eller orme, der ligger alle sammenklyngede sammen og vrider sig, som om du med det blotte øje så en hel kugle små ål og vand med ålen, der snoede sig imellem hinanden; og hele vandet syntes at være i live med disse mangfoldige dyreskaller.

Dette var for mig blandt alle de vidundere, som jeg har opdaget i naturen, det mest vidunderlige af alle; og jeg må sige for min del, at der ikke mere et behageligt syn er endnu kommet for mine øjne, at disse mange tusinde levende væsener set alle i live i en lille dråbe vand, bevæger sig imellem hinanden, hver adskillige væsen har sin egen rette bevægelse. ” opdagede bakterier. Han havde optjent sin titel som mikroskopfaderen. Interessant nok tog det indtil 1839, næsten to hundrede år senere, før celler endelig blev anerkendt som livets grundlæggende enheder.

18. / 19. århundrede

Det næste store trin i historien af mikroskopet skete yderligere 100 år senere med opfindelsen af den akromatiske linse af Charles Hall i 1730erne. Han opdagede, at ved at bruge en anden linse med forskellig form og brydningsegenskaber kunne han justere farver med minimal indflydelse på forstørrelsen af den første linse.

Så i 1830 løste Joseph Lister problemet med sfærisk aberration ( lys bøjer i forskellige vinkler afhængigt af hvor det rammer linsen) ved at placere linser i nøjagtige afstande fra hinanden. Kombineret bidrog disse to opdagelser til en markant forbedring af billedkvaliteten. Tidligere, på grund af den dårlige kvalitet af glas og ufuldkommen linse, havde mikroskopister ikke set andet end forvrængede billeder – noget som de første radioer var ekstremt sprængte.

Det er værd at huske, at indtil nu var hver nye skridt har været i kvaliteten eller anvendelsen af linserne. Derefter, i 1863, behandlede en af de mange nye producenter af mikroskoper, Ernst Leitz-firmaet, et mekanisk problem med introduktionen af det første roterende tårn med ikke mindre end fem mål.

Denne forbedring blev hurtigt fulgt i 1866, da Carl Zeiss rekrutterede Ernst Abbe som hans forskningsdirektør ved Zeiss Optical Works. Abbe lagde rammen om, hvad der ville blive den moderne tilgang til udvikling af beregningsoptik. Han gjorde klar forskellen mellem forstørrelse og opløsning og kritiserede brugen af okularer med for høj forstørrelse som “tom forstørrelse.” I 1869 producerede hans arbejde en ny patenteret belysningsenhed – Abbe-kondensatoren.

Abbe-kondensator: Abbes arbejde med en bølgeteori om mikroskopisk billeddannelse (Abbe Sine Condition) muliggjorde udviklingen af en ny rækkevidde af sytten mikroskopmål – tre af disse var de første nedsænkningsmål og alle blev designet baseret på matematisk modellering. Som Abbe bemærkede var hans kreationer “baseret på en nøjagtig undersøgelse af de anvendte materialer, de pågældende designs er specificeret ved beregning til sidste detalje – hver krumning, enhver tykkelse, enhver blændeåbning i et objektiv – så enhver prøve og fejl tilgang er udelukket. “

Herfra blev mikroskoper designet ud fra lydens fysiske love snarere end forsøget. og fejl, der havde kendetegnet pionererne. Samtidig oprettede en række virksomheder specialiserede produktionsanlæg med fokus på fremstilling af præcisionsmikroskoper. Forskning og udvikling fortsatte med at bære frugt.

I 1880 blev de første mikrotomer begyndte at blive brugt, der gjorde det muligt at fremstille væsentligt tyndere prøver for at forbedre prøven. I 1893 fandt en anden Zeiss-medarbejder, August Kohler, ud et uovertruffen belysningssystem, der stadig er kendt som Kohler-belysning. Ved hjælp af dobbeltmembraner giver systemet tredobbelte fordele ved en ensartet belyst prøve, et lyst billede og minimal blænding. Med andre ord opnåede Kohler et næsten perfekt image.

Massemarkedet for mikroskoper var ankommet samtidig med præcisionsteknik, og det er ikke så underligt, at der blev opnået en overflod af fantastiske resultater: I 1879 Walter Flemming opdagede cellemitose og kromosomer, en præstation, der blev anerkendt som en af de 100 vigtigste videnskabelige præstationer nogensinde.

20. århundrede

Ved begyndelsen af det 19. / 20. århundrede Louis Pasteur opfandt pasteurisering, mens Robert Koch opdagede sine berømte eller berygtede postulater: miltbrandbacillus, tuberkulosebacillus og kolera vibrio.

UV og fase: I 1900, den teoretiske grænseværdi for opløsning for synlige lysmikroskoper (2000 Ångstrøm) var nået. I 1904 overvandt Zeiss denne begrænsning med introduktionen af det første kommercielle UV-mikroskop med en opløsning, der er dobbelt så stor som et synligt lysmikroskop.I 1930 opdagede Fritz Zernike, at han kunne se ufarvede celler ved hjælp af fasevinklen af stråler. Forkastet af Zeiss blev hans fasekontrastinnovation først introduceret i 1941, selvom han fortsatte med at vinde en nobelpris for sit arbejde i 1953.

Elektronmikroskoper: I 1931 opfandt Max Knoll og Ernst Ruska det første elektronmikroskop. der sprængte forbi lysets optiske begrænsninger. Fysik dikterer, at lysmikroskoper er begrænset af lysets fysik til 500x eller 1000x forstørrelse og en opløsning på 0,2 mikrometer.

Knoll og Ruska byggede en transmissionselektron mikroskop (TEM) – en, der transmitterer en elektronstråle (i modsætning til lys) gennem prøven. Den efterfølgende interaktion mellem elektronstrålen og prøven registreres og omdannes til et billede. Derefter forbedrede Ruska i 1942 TEM ved at bygge det første scanningelektronmikroskop (SEM), der transmitterer en stråle af elektroner hen over prøven.

Ruskas principper danner stadig grundlaget for moderne elektronmikroskoper. – mikroskoper, der kan opnå forstørrelsesniveauer på op til 2 millioner gange! Den anden store udvikling for mikroskoper i det 20. århundrede var udviklingen af massemarkedet. Startede i det 19. århundrede, da Leitz hævdede at have eksporteret 50.000 mikroskoper til USA, dette tendens accelereret i det 20. århundrede. Som et resultat opstod et stort antal producenter for at tilbyde mere konkurrencedygtige alternativer til etablerede europæiske virksomheder som Zeiss og Leitz.

Kina: Kina er blevet en stor leverandør af mikroskoper til daglig brug og leverer nu optiske komponenter til nogle af de største mikroskopmærker med udviklingen af deres optiske produktionsevne. Denne markedstendens har haft en gunstig effekt på prisen på f mikroskoper, der muliggør spredning af mikroskoper ud over forskerens område til daglig kommerciel og individuel brug.

Nye lyskilder – halogen, fluorescerende og LED har alle forbedret eller tilføjet en større alsidighed af lysmikroskopet , mens fremkomsten af bomstande har ført til omfattende kommercielle inspektionsapplikationer, der ikke kan foretages med en standard sokkelmikroskopbase. Den seneste innovation har dog været ankomsten af det digitale mikroskop.

Digitale mikroskoper: Digitale mikroskoper muliggør live billedtransmission til et tv eller en computer skærm og har været med til at revolutionere mikrofotografi. Digitale mikroskoper integrerer simpelthen et digitalt mikroskopkamera i trinokularporten på et standardmikroskop. En alternativ og mere fleksibel løsning er simpelthen at placere et digitalt mikroskopkamera på et trinokulært mikroskop!

Dino-Lite: En af de mere originale innovationer i 21. århundrede har været Dino-Lite digitale mikroskoper. Dino-Lite er håndholdte digitale mikroskoper, ikke meget større end en fed pen. De tilbyder zoomeffekt med lav effekt med forstørrelse op til 500x. De har haft en markant indvirkning på applikationer til industriel inspektion.