Säker utcheckning

Mikroskopets tidslinje

1300-talet: glasögon först tillverkade i Italien

1590: Två holländska glasögonmakare och far -och son-teamet, Hans och Zacharias Janssen, skapar det första mikroskopet.

1667: Robert Hookes berömda ”Micrographia” publiceras, som beskriver Hookes olika studier med mikroskopet.

1675: Ange Anton van Leeuwenhoek, som använde ett mikroskop med en lins för att observera insekter och annat prov. Leeuwenhoek var den första som observerade bakterier. 1700-talet: När tekniken förbättrades blev mikroskopi mer populärt bland forskare. En del av detta berodde på upptäckten att kombinationen av två typer av glas minskade den kromatiska effekten.

1830: Joseph Jackson Lister upptäcker att användning av svaga linser tillsammans på olika avstånd gav tydlig förstoring.

1878: En matematisk teori som länkar upplösning till ljusvåglängd uppfanns av Ernst Abbe.

1903: Richard Zsigmondy uppfinner ultramikroskopet, vilket möjliggör observation av prover under ljusets våglängd.

1932: Transparenta biologiska material studeras för första gången med Frits Xernikes uppfinning av faskontrastmikroskopet.

1938: Bara sex år efter uppfinningen av faskontrastmikroskopet kommer elektronmikroskopet, utvecklad av Ernst Ruska, som insåg att användning av elektroner i mikroskopi förbättrad upplösning.

1981: 3-D-exemplarbilder möjliga med uppfinningen av skanningstunnelmikroskopet av Gerd Binnig och Heinrich Rohrer.

Historia av det sammansatta mikroskopet

Precis som grekerna hade ett fullt fungerande strålningsuppvärmningssystem som fungerade två tusen år innan de först nu introducerades i USA, så verkar ursprunget till det sammansatta ljusmikroskopet spåras, inte till Holland, England eller Frankrike – men till Kina som kanske är lämpligt med tanke på Kinas nuvarande övervägande när det gäller att leverera sammansatta ljusmikroskop!

Vattenmikroskopet

Enligt en gammal kinesisk text, kineserna såg förstorade prover genom en lins i slutet av ett rör, vilket rör fylldes med varierande nivåer av vatten beroende på den förstoringsgrad de ville uppnå. Genialt, effektivt och repeterbart i hemmet idag. Att detta inträffade för cirka 4000 år sedan i Chow-Foo-dynastin och mer än 3 500 år innan ”modern mikroskopis fader” föddes är ganska anmärkningsvärt.

Att dessa kinesiska forntida uppnådde förstoringsnivåer 150 gånger idag. ”Standard, eller 100 moou, är hisnande. Det är som om de utvecklade en stadsbil som uppnådde Mach II. Om de byggde en sådan bil har ingen referens till den någonsin hittats. På samma sätt finns det ingen ytterligare känd referens till en sådan sammansatt mikroskopanordning tills vi kommer tillbaka till grekerna igen.

Inte mindre en person än Aristoteles beskriver ett mikroskops funktion i vissa Grekerna använde verkligen böjda linser, som är en väsentlig komponent i alla stereo- eller sammansatta mikroskop. Forntida grekiska pojkar delade antagligen varje amerikansk pojkes känsla av triumf att använda en böjd lins eller förstoringsglas för att starta brand. Grekerna använde det emellertid också för kirurgiska ingrepp, inte på myror som små pojkar inte brukar göra, utan på människor – för att kauterisera sår och lesioner orsakade av spetälska och så vidare.

Forntida egyptier och romare använde också olika böjda linser även om ingen hänvisning till ett sammansatt mikroskop har hittats. Grekerna gav oss emellertid ordet ”mikroskop”. Det kommer från två grekiska ord, ”uikpos”, ”liten och” okottew, ”vy. Men medan forntida kineser, greker och romare alla tillämpade sin oändliga visdom på frågan, finns det ingen känd referens till varken användningen av konstgjort ljus eller till flera linser. Med andra ord kan vi ge äldre stor ära för deras framsynthet och prestationer, men vi måste leta någon annanstans för att avslöja både det första ljus- och sammansatta mikroskopet.

Otroligt, nästa historiska referenser med vad som helst på allt som har att göra med mikroskop, eller mer exakt, optik är 1200 år efter att Rom avskedats och även då hänvisar man bara till användningen av linser för glasögonen. Satsa på andra sätt, några av de smartaste människor som planeten någonsin har producerat, spelat och arbetat med enstaka linser i flera tusen år utan att ta det längre.

Glasögon

På bara några få år i Toscana, Italien, hävdade två män att de själv uppfann glasögon. Beviset? Deras gravstenar! Den ena, Salvano d ”Aramento degli Amati dog 1284 i Florens och hävdade att han hade hållit processen hemlig. Den andra Allessandro della Spina dog 1317 och hävdade att han hade avslöjat sin process. Pisa och Florens är bara en kort galopp bort. Tillfällighet ? Du bestämmer.

Under alla omständigheter höll en lokal munk, Girodina da Rivalta, en predikan 1306 där han entusiastiskt stödde glasögon som en fantastisk uppfinning och i förbigående indikerade att de hade använts i cirka 20 år. Slutligen beklagade 1289 en annan lokal från Popozo-familjen att ”jag är så försvagad av ålder att utan glasögonen som kallas glasögon skulle jag inte längre kunna läsa eller skriva.”

Teleskop

Ungefär samtidigt verkar det som om linser användes i tidiga teleskop. På 1200-talet diskuterar engelsmannen Roger Bacon dem långt. Både glasögon och mikroskop är relevanta för mikroskop eftersom de spårar den allt mer sofistikerade användningen av linser – den väsentliga optiska komponenten i vilket mikroskop som helst.

Sedan, bara 200-300 år senare, hittar vi en uppsjö av referenser och hårda bevis på både teleskop och mikroskop. Renässansen hade anlänt och med det en riklig blomning inom konst och vetenskap. Viktigast av allt, med uppfinningen av tryckeriet kunde idéer och utveckling spridas enkelt och snabbt. Som ett resultat överfördes Thomas Digges ”arbete med teleskopet i England i mitten av 1500-talet och Hans Lippersheys arbete som inkluderade ansökan om teleskoppatent till andra, inklusive inte mindre ett geni än Galileo.

Galileo började genast arbeta med linser. På kort tid utvecklade han ett förbättrat teleskop med en fokuseringsanordning och fortsatte att erövra stjärnorna. Som sagt, vi bör också hyra Sir Isaac Newton som ungefär samma tid i Storbritannien uppfann det reflekterande teleskopet.

Förenade mikroskop

Men vad sägs om mikroskop? samma Hans Lippershey och hans son, Zaccharias Hanssen, experimenterade med olika linser. I slutet av 1590-talet använde de flera linser i ett rör och blev förvånade över att se att objektet i rörets ände förstorades avsevärt utöver ett förstoringsglas. De hade just uppfunnit det sammansatta mikroskopet. Det vill säga, de hade upptäckt att en bild förstorad med en enda lins kan förstoras ytterligare med en andra eller flera linser.

Sedan i mitten av 1600-talet tog en engelsman, Robert Hooke och en holländare, Anthony Van Leeuwenhoek mikroskopet till nya nivåer . Hooke var ett sjukligt geni som älskade att experimentera. Han gjorde det inom ett stort antal vetenskapliga studier och med stor framgång. Han uppfann universalleden, irismembranet (en annan nyckelkomponent i många moderna ljusmikroskop), en andningsskydd, ett ankarutflykt och balansfjäder för klockor.

Han utarbetade också rätt förbränningsteori; utformade en ekvation som beskriver elasticitet som fortfarande används idag (”Hookes lag”) och uppfann eller förbättrade meteorologiska instrument som barometer, anemometer och hygrometer, och så vidare. Mest av allt är han dock känd för Micrographia, hans studier med ett mikroskop, publicerat 1665. Micrographia blev en sensation över natten inte bara för vad han beskrev utan för de fantastiska ritningarna som han gjorde.

Han beskrev en ny värld tillsammans med utsökta teckningar av de stickande håren på en nässla, en loppa och, mest känt av allt, bikakestrukturen eller ”celler” i en kork. Det var Hooke som myntade termen ”celler” när han beskrev levande vävnad. Intressant, medan Hooke använde ett sammansatt mikroskop, fann han att det var mycket ansträngt och försvagade hans syn. För sin Micrographia föredrog han att använda ett enkelt mikroskop av en lins av guld och läder och upplyst av ett ljus. Kanske det första ljuset mikroskop?

Antonie van Leeuwenhoek – Mikroskopets far

Det var dock Leeuwenhoek som levde samtidigt som Hooke och drog upp Hookes arbete för att ta mikroskopdesignen till nya nivåer av sofistikering. Som draperier använde han ett enkelt mikroskop för att undersöka tyg. Som forskare började han experimentera med nya sätt att slipa linser för att förbättra den optiska kvaliteten. Totalt malde han cirka 550 linser, varav några hade en linjär förstoringseffekt på 500 och en upplösningskraft på en miljonedel tum – en häpnadsväckande prestation.

Leeuwenhoek redogjorde för dessa prestationer i nästan 200 bokstäver. till The Royal Society i London där inte mindre en person än Robert Hooke validerade dem. Resultatet av allt detta arbete var ett enkelt lins, handhållet mikroskop. Provet var monterat på toppen av pekaren, över vilken låg en konvex lins fäst vid en metallhållare. Provet betraktades sedan genom ett hål på andra sidan av mikroskopet och fokuserades med en skruv.

Kanske hans mest kända experiment kom 1674 när han betraktade lite sjövatten:

”Jag såg nu mycket tydligt att det här var små ål, eller maskar, liggande alla krama ihop sig och vrida sig precis som om du med ett blottat öga såg en hel tubfull små ål och vatten, med ålen som snurrade mellan varandra, och hela vattnet tycktes leva med dessa mångsidiga djurkulor.

Detta var för mig, bland alla underverk som jag har upptäckt i naturen, det mest underbara av allt, och jag måste säga för min del att det inte mer behaglig syn har ännu kommit framför mina ögon att dessa många tusen levande varelser sett alla levande i en liten droppe vatten, rör sig mellan varandra, var och en med flera varelser har sin egen rörelse. ”

Han hade upptäckta bakterier. Han hade vunnit sin titel som mikroskopfadern. Intressant nog tog det fram till 1839, nästan tvåhundra år senare, innan celler äntligen erkändes som livets grundläggande enheter.

1700/1800-talet

Nästa stora steg i historien av mikroskopet inträffade ytterligare 100 år senare med uppfinningen av den akromatiska linsen av Charles Hall på 1730-talet. Han upptäckte att genom att använda en andra lins med olika form och brytningsegenskaper kunde han justera färger med minimal inverkan på förstoringen av den första linsen.

1830 löste Joseph Lister problemet med sfärisk aberration ( ljuset böjer sig i olika vinklar beroende på var det träffar linsen) genom att placera linser på exakta avstånd från varandra. Tillsammans bidrog dessa två upptäckter till en markant förbättring av bildkvaliteten. På grund av den dåliga kvaliteten på glas och ofullkomliga linser hade mikroskopister inte sett annat än förvrängda bilder – ungefär som de första radioapparaterna var extremt sprickor.

Det är värt att komma ihåg att fram till nu var varje ny steg har varit i kvaliteten eller tillämpningen av linserna. 1863 behandlade en av de flera nya mikroskoptillverkarna, Ernst Leitz-företaget, en mekanisk fråga med introduktionen av det första roterande tornet med inte mindre än fem mål.

Denna förbättring följdes snabbt 1866 när Carl Zeiss rekryterade Ernst Abbe som sin forskningsdirektör vid Zeiss Optical Works. Abbe lade fram ramarna för vad som skulle bli den moderna metoden för utveckling av beräkningsoptik. Han klargjorde skillnaden mellan förstoring och upplösning och kritiserade praxis att använda okular med för hög förstoring som ”tom förstoring”. År 1869 producerade hans arbete en ny patenterad belysningsanordning – Abbe-kondensorn.

Abbe-kondensor: Abbes arbete med en vågteori om mikroskopisk avbildning (Abbe Sine Condition) möjliggjorde utvecklingen av en ny intervall med sjutton mikroskopmål – tre av dessa var de första nedsänkningsmålen och alla designades utifrån matematisk modellering. Som Abbe noterade var hans skapelser ”baserade på en exakt studie av det använda materialet, de berörda designerna specificeras genom beräkning till sista detalj – varje krökning, varje tjocklek, varje bländare i en lins – så att alla försök och fel-tillvägagångssätt är uteslutna. ” och fel som hade kännetecknat pionjärerna. Samtidigt inrättade ett antal företag specialiserade tillverkningsanläggningar med fokus på tillverkning av precisionsmikroskop. Forskning och utveckling fortsatte att bära frukt.

1880 började de första mikrotomen började användas som gjorde det möjligt att bereda betydligt tunnare prover för att förbättra provet. 1893 räknade en annan Zeiss-anställd, August Kohler, ut ett belysningssystem utan motstycke som fortfarande är känt som Kohler-belysning. Med dubbla membran ger systemet tredubbla fördelar med ett enhetligt upplyst exemplar, en ljus bild och minimal bländning. Med andra ord uppnådde Kohler en nästan perfekt bild.

Massmarknaden för mikroskop hade anlänt samtidigt som precisionsteknik och det är inte konstigt att en uppsjö av fantastiska resultat erhölls: 1879 Walter Flemming upptäckte cellmitos och kromosomer, en prestation som erkändes som en av de 100 viktigaste vetenskapliga prestationerna genom tiderna.

1900-talet

Vid 1900-talets början Louis Pasteur uppfann pasteurisering medan Robert Koch upptäckte sina berömda eller ökända postulat: miltbrandbacillus, tuberkulosbacillus och kolera vibrio.

UV och fas: 1900, den teoretiska upplösningsgränsen för mikroskop med synligt ljus (2000 ångström) hade uppnåtts. År 1904 övervann Zeiss denna begränsning med introduktionen av det första kommersiella UV-mikroskopet med en upplösning som är dubbelt så hög som ett synligt ljusmikroskop.1930 upptäckte Fritz Zernike att han kunde se ofärgade celler med hjälp av strålarnas fasvinkel. Förkastad av Zeiss introducerades hans faskontrastinnovation inte förrän 1941 även om han fortsatte att vinna ett Nobelpris för sitt arbete 1953.

Elektronmikroskop: 1931 uppfann Max Knoll och Ernst Ruska det första elektronmikroskopet som sprängde förbi ljusets optiska begränsningar. Fysik dikterar att ljusmikroskop begränsas av ljusets fysik till 500x eller 1000x förstoring och en upplösning på 0,2 mikrometer.

Knoll och Ruska byggde en överföringselektron mikroskop (TEM) – en som överför en elektronstråle (i motsats till ljus) genom provet. Den efterföljande interaktionen mellan elektronstrålen och provet registreras och förvandlas till en bild. 1942 förbättrade Ruska TEM genom att bygga det första avsökande elektronmikroskopet (SEM) som överför en stråle av elektroner över provet.

Ruskas principer utgör fortfarande grunden för moderna elektronmikroskop. – mikroskop som kan uppnå förstoringsnivåer på upp till 2 miljoner gånger! Den andra stora utvecklingen för mikroskop under 20-talet var massmarknadens utveckling. Började på 1800-talet när Leitz hävdade att han hade exporterat 50 000 mikroskop till USA, detta trenden accelererade under 1900-talet. Som ett resultat växte ett stort antal tillverkare upp för att erbjuda mer konkurrenskraftigt prissatta alternativ till etablerade europeiska företag som Zeiss och Leitz.

Kina: Kina har blivit en stor leverantör av mikroskop för vardagsbruk och med utvecklingen av deras optiska tillverkningskapacitet levererar de nu optiska komponenter till några av de största mikroskopmärkena. Denna marknadsutveckling har haft en gynnsam effekt på priset på f mikroskop, vilket möjliggör spridning av mikroskop utanför forskarens rike till daglig kommersiell och individuell användning.

Nya ljuskällor – halogen, lysrör och LED har alla förbättrat eller ökat ljusmikroskopets mångsidighet. , medan tillkomsten av bomställ har lett till omfattande kommersiella inspektionsapplikationer som inte kan utföras med en standard piedestalmikroskopbas. Den senaste innovationen har dock varit ankomsten av det digitala mikroskopet.

Digitala mikroskop: Digitala mikroskop möjliggör live bildöverföring till en TV eller dator skärm och har hjälpt till att revolutionera mikrofotografi. Digitala mikroskop integrerar helt enkelt en digital mikroskopkamera i den tredokulära porten på ett standardmikroskop. En alternativ och mer flexibel lösning är helt enkelt att placera en digital mikroskopkamera i ett trinokulärt mikroskop!

Dino-Lite: En av de mer originella innovationerna i 2000-talet har varit Dino-Lite Digital-mikroskop. Dino-Lite är handhållna digitala mikroskop, inte mycket större än en fet penna. De erbjuder zoomeffekt med låg effekt med förstoring upp till 500 gånger. De har haft en markant inverkan på applikationer för industriell inspektion.