显微镜的发展史

显微镜的发展史

显微镜(microscope)是一种借助物理方法产生物体放大影象的仪器.最早发明于16世纪晚期.至今(2001年)已有406年的历史.现在,它已经成为了一种极为重要的科学仪器,广泛地用于生物,化学,物理,冶金,酿造等各种科研活动,对人类的发展做出了巨大而卓越的贡献.根据显微镜是否含有物镜,目镜.显微镜分为单式显微镜(只有倍危鲜载色械先一个透镜)和复式显微镜(有物镜和目镜)两类.本文集将向您详细介绍显微科学的发展史.

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十六世纪的显微科学

单式陈取盟略继犯甲但考边换显微镜的出现:

在3000多年以前，欧洲腓尼基人在地中海沿岸的贝鲁斯河边第一次制成了人造玻璃.大约在4世纪,罗马人开始把玻璃应用在门窗上.到1291年,意大利的玻璃制造技术已经非常发达.而玻璃是制造显微镜的基本材料.

早在公元前,我国人民就发展出了透镜制造技术.当时的材料是水晶.13世纪,著名的马360问答可.波罗将中国的眼镜传入欧洲.欧洲人学会了磨制眼镜的技术.当时,玻璃制造业已掉掉经很发达,欧洲人用廉价的玻璃来磨制眼镜,是眼镜推成为了一种相对廉价的商品.眼镜制造业兴盛起来.

那时戴眼镜的人大都是富翁,他们的年纪多半很大,所以他们需要老花镜,也就是凸透镜.人们很快发现,凸透镜可以产生物体的放大影象.于是,一些人开始使用凸透镜来观察细小的物体,凸透镜在科学研究中开始发挥它巨大的作用.凸透镜因其具有放大功能而被叫做放大镜,多透镜的复式显微镜发明后又称单式显微套子镜,意思是只有一个透镜的显微镜.

第一个复式显微镜:

单式显微镜有一个致命的缺点,那就是它的焦距与透镜直径成正比,而焦距又与放大倍数成油拿今若谈较反比.也就是说,焦距越短,放大倍数越大,而透镜直径又越小.如果放族此即大倍数是100倍,透镜的焦距为0.25毫米,透镜直径大约为0.33毫米!这个比大头针头还小的透镜在当时根本制造不出来.因为这个缘故,当时的放大镜的放大倍数最多不过25倍.众所周知,体积较大的一些纤毛体虫的长度也不过0.1毫米,放大25倍后也才2.5毫米大.而它内部的细微结构就根本看不清了.因此,为了观察更多的细微物体,人们迫切需要一种更好的放大工具.

1595年,荷兰的著名磨镜师意詹森(Janss理准没得包en)发明了第一个简陋的复式显微镜(如图,其真品已经遗失).这个显微镜是由三个镜筒连接而开害九华完轴成.其中中间的镜筒较粗,是手握的地方.另外两个镜筒分别插入它的两端,可以自由伸缩,从而达到聚焦的目的.镜头两个,都是凸透镜,分别固定在镜筒的两端.物镜是一个只有一个凸面的单凸透镜.目镜是一个有两个凸面的双凸透镜.当这个显微镜的两个输同品诉牛继活动镜筒完全收拢时,它的放大倍数是3倍;当两个活动镜筒完全伸出时,它的放大倍数是10倍(其实这也是最早的变焦镜头).

*关于复式显微镜的发明过程,一说是儿硫内讨克Janssen在他父亲Han联毫座达约孩传耐裂讨称s的帮助下完成的;另一种说法较为有趣:詹森有两个淘气的儿子.一天,他们溜进了爸爸的作坊里摸摸动动.哥哥顺手拿起了两个镜片放到铜管的两端,发现通过这个铜管看书时书上的字大得显吓人.詹森知道后很高兴.让他们帮助他制成了世界上的第一架复式显微镜.

复式显预也翻愿微镜在性能上明显优于单式组向假治正命树渐显微镜.一是它的放大率可以做得很高,可以把几个放大倍数较小的凸透镜组合起来获得很高的放大率.二是制造工艺较简单,不必磨制一个个极小的透镜...复式显微镜的发明,是科学史上的里程碑,人类从此开始认识微观世界.不过,由于技术条件不成熟,16世纪的显微镜放大倍数都不高,因此在16世纪人类在探索微观世界方面并没有什么激动人心的发现

十七世纪单显微镜的发展

十七世纪的单显微镜与其说是科学仪器,不如说是艺术品

似乎那时的显微镜制造者所追求的并不是高的性能,而是视觉上的享受.比如下面的这个显微镜.它制造于十七世纪晚期.很明显,它的作用已不再是单纯的放大物体以方便研究,更重要的是它那光亮美丽的黄铜色,精美的装饰还给人以一种高贵典雅的美感.结构:这个单式显微镜的镜头镶在一个圆盘形金属眼罩的中部.两个金属手柄一长一短,长的那个手柄是手握的地方.在其末端还设置了几个突起,方便使用者握住.在这两个手柄的中间,夹着一个有六个圆孔可以转动的圆盘,那是它的载物台.使用:在使用前,把样品切成薄片放到载物台的圆孔上.然后拿起显微镜将圆孔对准光源,同时把金属眼罩放在眼窝上以挡住周围的光.用大拇指按压较短的那个手柄(那相当于一个杠杆),以此调节镜头与标本的距离使成像最为清晰.如果切片较多,可以依次放到每个圆孔上.在观察时转动载物台即可观察到每个切片.从这个显微镜镜头的大小来看,它的放大率应该比较大.

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在十七世纪中叶,出现了一种滑杆显微镜.

它们的基本结构大致相同:灯塔形的镜身,顶端是一个凸透镜.在镜身中部穿过一根长长的可以水平滑动的横杆.在横杆前端固定着一根顶端削尖,与横杆垂直的长"针"----奇特的载物台.使用时,先将针尖刺入标本,使标本固定在针尖上.然后前后移动滑杆,调节标本与透镜的距离而使成像最清晰后,即可进行观察.从这个显微镜的透镜大小可以看出,该显微镜的放大率不大.缺点:标本放在针形的载物台上实在不稳定,因此观察时的实际操作很麻烦.因此,后来的显微镜就没有采用这种针形载物台.

单式显微镜的顶峰----列文虎克的显微镜

真正观察活细胞的是胡克同时代的荷兰科学家列文·虎克(AvonLeeuwenhoek,1632-1723),他在1677年用自制的高倍放大镜观察池塘水中的原生动物,蛙肠内的原生动物,人类和哺乳类动物的精子;后又在鲑鱼的血液中看到红细胞的核.1683年,他又在牙垢中看到了细菌.他把观察的现象报告给英国皇家学会,得到英国皇家学会的肯定.列文·虎克出身于布商,他最初磨制透镜的目的是为了检验布的质量,但他在掌握了高水平的磨制透镜技术后,进而利用透镜组装成显微镜,并利用自制的显微镜发现了前人未曾见到过的一些活细胞,这些成就是十分难能可贵的.他一生亲自磨制了550个透镜,装配了247架显微镜,为人类创造了一批宝贵的财富,至今保留下来的有9架,现存于荷兰尤特莱克特大学博物馆(UniversityMuseumofUtrecht)中的一架的放大倍数为270倍.分辨力为1.4μm.在当时,这个水平是很高的,直到19世纪初所制的显微镜还未超过这一水平.因此,我们不能忽视他对细胞生物学的发展所做贡献的重要性.列文虎克一生制造了数百个显微镜,它们都非常小,设计和功能也相似.他的显微镜的尺寸几乎是一个常数:长2英寸,宽1英寸.镜身大多是用黄铜制造(左图:经历了三百多年,镜身已锈蚀).

结构:一个典型列文虎克显微镜是由两个螺钉,(其中较长的一个是手柄.其长度可以调节;通过调节较短的那个螺钉可以改变标本与透镜的距离.)几个铆钉,一个镜头,一个宽大的镜身,一个针形载物台(连接在手柄上,通过调节手柄长度可以调节标本的高度).镜身的结构较为精巧:首先在两块同样形状的黄铜薄板上对称地凿两个孔,然后把镜头放在其中一个孔上,再把另一块黄铜板放在上面,对齐这两块黄铜板,使这两个孔刚好把中间的透镜镶住.最后用铆钉固定住铜板即可.使用:同样先将标本固定在针尖上.然后拿起显微镜对着光源,同时调节那两个螺钉使标本的位置,影象最佳后即可进行观察.

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十七世纪复式显微镜的初步发展

在十六世纪晚期，第一个复式显微镜由荷兰人詹森(Janssen)发明.此后复式显微镜开始被人们使用.但是,一直到十七世纪末,复式显微镜都使用得没有单式显微镜广泛.因为当时的复式显微镜有一个极大的缺点:由于当时的透镜制造技术不高,因此制造出的复式显微镜的像差和色差都很大,这使人们大都不喜欢使用复式显微镜.尽管如此,还是有些人制造,使用了一些复式显微镜.比如意大利人伽利略(Galileo)和英国人胡克(Hooke).

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功能强大的电子显微镜

1933年,德国人鲁斯卡(Ruska)设计制造了第一台电子显微镜.其性能远远超过了光学显微镜.后来经过人们的努力,电子显微镜的分辨率由最初的500纳米(百万分之五米)提高到现在的1埃(十亿分之一米);放大率已达到几十万倍以上.从50年代开始,研究者们应用电子显微镜相继取得了很多重要成就.可以说,电子显微镜的出现大大推动了人类的科学研究.

:虽然显微摄影术在十九世纪中叶就已经出现,但由于当时照相技术本身的不成熟,十九世纪的显微摄影术并没有被广泛地使用.直到二十世纪初,由于在胶片和相机的制造技术上取得了突破,显微摄影才开始被广泛地使用起来,逐步成为了记录显微图象的主要方式之一.新兴的数码成像技术更是把显微摄影技术推向了一个新高峰,使显微科学与数字技术的发展牢固地结合起来,为人类的科学发展做出贡献.

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总观显微科学四百多年的历史,我们可以看到,任何一个学科的发展都离不开其它学科的支持.各种学科的互相穿插,交融在今天的科学研究中已显得越来越重要.这是社会发展的必然结果,是不可阻挡的潮流.

更多的新型显微镜层出不穷，在此就不一一列举了，随着科学技术的发展也将产生更多更好的显微成像系统