Stručná historie mikroskopu

Během tohoto historického období známého jako renesance, po „temné“ Středověk, došlo k vynálezům tisk, střelný prach a námořník kompas, následovaný objevem Ameriky. Stejně pozoruhodný byl vynález světelného mikroskopu: nástroj, který umožňuje lidskému oku pomocí čočky nebo kombinací čoček pozorovat zvětšené obrazy drobných předmětů. Zviditelnili fascinující detaily světů uvnitř světů.

Dlouho předtím, v mlhavé nezaznamenané minulosti, někdo vzal kus průhledného krystalu tlustšího ve středu než na okrajích, prohlédl si jej a zjistil, že to způsobí, že věci vypadají větší. Někdo také zjistil, že takový krystal by soustředil sluneční paprsky a zapálil kus pergamenu nebo látky. Lupy a "hořící brýle" nebo "lupy" jsou zmíněny v spisech Seneca a Pliny starší, římští filozofové v prvním století A. D., ale zjevně se moc nepoužívali až do vynálezu brýle, na konci 13. století. Byly pojmenovány čočky, protože jsou ve tvaru semen čočky.

Nejdříve jednoduchý mikroskop byl pouze trubice s destičkou pro objekt na jednom konci a na druhé straně čočka, která poskytla zvětšení menší než deset průměrů - desetinásobek skutečné velikosti. Tyto nadšené obecné zázraky, když se používaly k prohlížení blech nebo drobných plíživých věcí, byly označovány jako „bleší brýle“.

Asi 1590, dva nizozemští výrobci brýlí, Zaccharias Janssen a jeho syn Hans, při experimentování s několika čočkami ve zkumavce zjistili, že blízké objekty vypadaly značně zvětšené. To byl předchůdce složeného mikroskopu a mikroskopu dalekohled. V roce 1609 Galileo, otec moderní fyziky a astronomie, slyšel o těchto prvních experimentech, vypracoval principy čoček a pomocí zaostřovacího zařízení vytvořil mnohem lepší nástroj.

Otec mikroskopu, Anton van Leeuwenhoek z Holandska, začal jako učeň v obchodě se suchým zbožím, kde se pro počítání nití v látce používaly lupy. Naučil se nové metody broušení a leštění drobných čoček s velkým zakřivením, které daly zvětšení až 270 průměrů, nejlepší v té době známé. To vedlo k vybudování jeho mikroskopů ak biologickým objevům, pro které je známý. Byl prvním, kdo viděl a popisoval bakterie, kvasinkové rostliny, život plný kapky vody a cirkulaci krevních tělísek v kapilárách. Během dlouhého života používal své čočky k průkopnickému studiu mimořádné rozmanitosti věcí, živých i živých neživý a jeho nálezy oznámil Královské společnosti Anglie a Francouzské akademii ve více než stovce dopisů.

Robert Hooke, anglický otec mikroskopie, znovu potvrdil objevy Antona van Leeuwenhoeka o existenci drobných živých organismů v kapce vody. Hooke vytvořil kopii Leeuwenhoekova světelného mikroskopu a poté vylepšil jeho design.

Později bylo do poloviny 19. století provedeno několik zásadních vylepšení. Pak několik evropských zemí začalo vyrábět jemné optické zařízení, ale žádné jemnější než úžasné nástroje vyrobené Američanem Charlesem A. Spencer a odvětví, které založil. Dnešní nástroje, změněné, ale málo, dávají zvětšení až 1250 průměrů s běžným světlem a až 5 000 s modrým světlem.

Světelný mikroskop, dokonce ani ten s dokonalými čočkami a dokonalým osvětlením, nelze jednoduše použít k rozlišení objektů, které jsou menší než polovina vlnové délky světla. Bílé světlo má průměrnou vlnovou délku 0,55 mikrometrů, z nichž polovina je 0,275 mikrometrů. (Jeden mikrometr je tisícina milimetru a je zde asi 25 000 mikrometrů na palec. Mikrometry se nazývají také mikrony.) Jakékoli dvě řádky, které jsou blíže k sobě než 0,275 mikrometrů, budou považovány za jednotlivá čára a jakýkoli objekt o průměru menším než 0,275 mikrometrů bude neviditelný nebo v nejlepším případě se zobrazí jako rozmazat. Aby vědci viděli malé částice pod mikroskopem, musí obejít světlo úplně a použít jiný druh "osvětlení", který má kratší vlnovou délku.

Zavedení elektronového mikroskopu ve 30. letech minulého století účet naplnilo. Spoluzakládaný Němci, Maxem Knollem a Ernstem Rusem v roce 1931, získal Ernst Ruska za svůj vynález polovinu Nobelovy ceny za fyziku v roce 1986. (Druhá polovina Nobelova cena byl rozdělen mezi Heinrich Rohrer a Gerd Binnig STM.)

V tomto druhu mikroskopu jsou elektrony urychlovány ve vakuu, dokud jejich vlnová délka není extrémně krátká, pouze stotisícina bílé světlo. Paprsky těchto rychle se pohybujících elektronů jsou zaměřeny na vzorek buněk a jsou absorbovány nebo rozptylovány částmi buňky tak, aby vytvořily obraz na elektronicky citlivé fotografické desce.

Při posunu na hranici mohou elektronové mikroskopy umožnit prohlížení objektů tak malých, jako je průměr atomu. Většina elektronových mikroskopů používaných ke studiu biologického materiálu může „vidět“ až do asi 10 angstromů - neuvěřitelný výkon, protože ačkoli to nedělá atomy viditelnými, umožňuje vědcům rozlišit jednotlivé molekuly biologických důležitost. Ve skutečnosti dokáže zvětšit objekty až 1 milionkrát. Nicméně všechny elektronové mikroskopy trpí vážnou nevýhodou. Protože žádný živý exemplář nemůže přežít pod vysokým vakuem, nemohou ukázat neustále se měnící pohyby, které charakterizují živou buňku.

Anton van Leeuwenhoek byl schopen pomocí nástroje velikosti jeho dlaně studovat pohyby jednobuněčných organismů. Moderní potomci světelného mikroskopu van Leeuwenhoek mohou být přes 6 stop vysoký, ale i nadále jsou nepostradatelní buněčným biologům, protože na rozdíl od elektronových mikroskopů umožňují světelné mikroskopy uživateli vidět živé buňky akce. Primární výzvou pro světelné mikroskopy od doby, kdy van Leeuwenhoek nastal, bylo zvýšení kontrastu mezi světlými buňkami a jejich bledším okolím, aby bylo možné více vidět buněčné struktury a pohyb snadno. Za tímto účelem vymysleli geniální strategie zahrnující videokamery, polarizované světlo, digitalizaci počítače a další techniky, které naopak přinášejí obrovská vylepšení, což podporuje renesanci ve světle mikroskopie.