Історія створення першого мікроскопа сповнена таємниць та домислів. Навіть його винахідника не так легко назвати. Але достовірно відомо, що перші записи про мікроскоп відносяться до 1595 року. Вони значиться ім'я Захарія Янсена, сина голландського майстра з виготовлення очок Ханса Янсена.
Захар зростав допитливим хлопчиком і багато часу проводив у майстерні батька. Одного разу, без батька він змайстрував з металевого циліндра та обрізків скла незвичайну трубу. Її особливість була в тому, що при розгляданні через неї навколишні предмети збільшувалися в розмірах, ставали набагато ближчими і, здавалося, знаходяться на відстані витягнутої руки. Хлопчик спробував подивитись на предмети через інший кінець трубки. Яким же був його подив, коли він побачив їх маленькими і дуже віддаленими.
Про свій незвичайний досвід Захар розповів батькові, який всіляко заохочував сина на цьому шляху. Ханс Янсен, сам того не знаючи, удосконалив «чарівну» трубу – він замінив металевий циліндр системою трубок, які могли складатися одне в одного. Тепер розгляд предметів став ще цікавішим, адже вони стали чіткішими і більшими. Завдяки довжині труби, що змінюється, можна було наближати або віддаляти від себе зображення, розглядати дрібні деталі, бачити те, що раніше в одні окуляри побачити було неможливо.
Так, в результаті дитячої гри було здійснено історичне відкриття - було створено перший мікроскоп, і людство отримало можливість познайомитися з новим, досі небаченим світом - світом мікроскопічних істот. І хоча збільшення мікроскопа становило всього від 3 до 10 разів, це було найбільше за своєю значимістю відкриття!
Поступово чутка про трубу розійшлася далеко за межі Нідерландів і досягла Італії, де в місті Падуя жив і викладав в університеті астрономію Галілео Галілей. Він дуже швидко зрозумів переваги нового винаходу та на підставі цього створив власну збільшувальну трубу. Дещо пізніше, в особистій лабораторії Галілео Галілей налагодив виробництво найпростіших мікроскопів.
Минав час, у 1648 р. у Нідерландах відбулося знайомство з мікроскопом у майбутнього основоположника наукової мікроскопії Антоні ван Левенгука. Цей прилад настільки захопив юного Левенгука, що він увесь свій вільний час став присвячувати вивченню наукових праць, присвячених дослідженням мікросвіту. Паралельно з читанням книг, юний Левенгук освоював професію шліфувальника лінз, що надалі дозволило йому створити власний мікроскоп зі збільшувальною здатністю до 500 крат. З його допомогою він зробив велику кількість значних відкриттів. Наприклад, він перший, хто описав бактерій та інфузорій, виявив та замалював червоні клітини крові – еритроцити, волокна кришталика ока, м'язові волокна та клітини шкіри.
Одночасно з Левенгуком над удосконаленням мікроскопа працював інший великий учений, який зробив величезний внесок у мікроскопію - англієць Роберт Гук. Він не лише сконструював відмінну від інших модель мікроскопа, а й ретельно вивчив структуру клітин рослин та деяких тварин, замалював їхню будову. У своїй науковій роботі під назвою «Мікрографія» Гук дав докладний опис клітинної будовибузини, моркви, кропу, очі мухи, крила бджоли, личинки комара та багато іншого. До речі, саме Гук запровадив термін «клітина» та дав йому наукове визначення.
У міру розвитку людства будова мікроскопа ускладнювалася і вдосконалювалося, з'явилися нові види мікроскопів, з більшою збільшувальною здатністю та підвищеною якістю зображення. На сьогоднішній день існує величезна різноманітність мікроскопів – оптичні, електронні, скануючі зондові, рентгенівські. Всі вони призначені для збільшення мікроскопічних об'єктів і детального вивчення, але є незрівнянно сильнішими і багатофункціональними, порівняно зі світловими мікроскопами.
Мікроскоп – це оптичний прилад, що дозволяє отримати збільшені зображення дрібних предметів або їх деталей, які неможливо розглянути неозброєним оком.
Слово «мікроскоп» означає «спостерігати за чимось маленьким, (від грецького «малий» і «дивлюся»).
Око людини, як і будь-яка оптична система, характеризується певним дозволом. Це найменша відстань між двома точками чи лініями, що вони ще зливаються, а сприймаються окремо друг від друга. При нормальному зорі на відстані 250 мм роздільна здатність становить 0,176 мм. Тому всі об'єкти, розмір яких менший за цю величину, наше око вже не в змозі розрізнити. Ми не можемо бачити клітини рослин та тварин, різні мікроорганізми та ін. Але це можна зробити за допомогою спеціальних оптичних приладів – мікроскопів.
Як влаштований мікроскоп
Класичний мікроскоп складається з трьох основних частин: оптичної, освітлювальної та механічної. Оптична частина – це окуляри та об'єктиви, освітлювальна – джерела освітлення, конденсор та діафрагма. До механічної частини прийнято відносити всі інші елементи: штатив, револьверний пристрій, предметний столик, систему фокусування та багато іншого. Все разом і дозволяє проводити дослідження мікросвіту.
Що таке «діафрагма мікроскопа»: поговоримо про освітлювальну систему
Для спостережень мікросвіту гарне освітлення так само важливо, як і якість оптики мікроскопа. Світлодіоди, галогенні лампи, дзеркало – для мікроскопа можуть використовуватись різні джерела освітлення. У кожного є свої плюси та мінуси. Підсвічування може бути верхнім, нижнім або комбінованим. Її розташування впливає те, які мікропрепарати можна вивчати з допомогою мікроскопа (прозорі, напівпрозорі чи непрозорі).
Під предметним столиком, який кладеться зразок для досліджень, розташовується діафрагма мікроскопа. Вона може бути дисковою або ірисовою. Діафрагма призначена для регулювання інтенсивності освітлення: за її допомогою можна відрегулювати товщину світлового пучка, що йде від освітлювача. Дискова діафрагма – це невелика пластина з отворами різного діаметра. Її зазвичай встановлюють на аматорські мікроскопи. Ірисова діафрагма складається з безлічі пелюсток, за допомогою яких можна плавно змінювати діаметр світлопропускаючого отвору. Вона найчастіше зустрічається в мікроскопах професійного рівня.
Оптична частина: окуляри та об'єктиви
Об'єктиви та окуляри – найбільш популярні запчастини для мікроскопа. Хоча далеко не всі мікроскопи підтримують зміну цих аксесуарів. Оптична система відповідає за формування збільшеного зображення. Чим вона краща і досконаліша, тим малюнок виходить чіткішим і докладнішим. Але найвищий рівеньЯкість оптики потрібен лише у професійних мікроскопах. Для аматорських досліджень достатньо стандартної скляної оптики, що забезпечує збільшення до 500-1000 крат. А ось пластикових лінз ми рекомендуємо уникати – якість картинки в таких мікроскопах зазвичай засмучує.
Механічні елементи
У будь-якому мікроскопі є елементи, які дозволяють досліднику керувати фокусом, регулювати положення досліджуваного зразка, налаштовувати робочу відстань оптичного приладу. Все це частина механіки мікроскопа: коаксіальні механізми фокусування, препаратоводитель та препаратоутримувач, ручки регулювання різкості, предметний столик та багато іншого.
Історія створення мікроскопа
Коли з'явився перший мікроскоп, невідомо. Найпростіші збільшувальні прилади - двоопуклі оптичні лінзи, що знаходили ще при розкопках на території Стародавнього Вавилону.
Вважається, перший мікроскоп створили в 1590 р. голландський оптик Ганс Янсен та її син Захарій Янсен. Оскільки лінзи на той час шліфували вручну, всі вони мали різні дефекти: подряпини, нерівності. Дефекти на лінзах шукали за допомогою іншої лінзи – лупи. Виявилося, що й розглядати предмет з допомогою двох лінз, відбувається його багаторазове збільшення. Змонтувавши 2 опуклі лінзи всередині однієї трубки, Захар Янсен отримав прилад, що нагадував підзорну трубу. В одному кінці цієї трубки була лінза, що виконує функцію об'єктива, а в іншому - лінза-окуляр. Але, на відміну від підзорної труби, прилад Янсена не наближав предмети, а збільшував їх.
У 1609 р. італійський учений Галілео Галілей розробив складовий мікроскоп з опуклою та увігнутою лінзами. Він називав його "оккіоліно" - маленьке око.
10 років по тому, в 1619 р. нідерландський винахідник Корнеліус Якобсон Дреббель сконструював складовий мікроскоп із двома опуклими лінзами.
Мало хто знає, що свою назву мікроскоп отримав лише у 1625 р. Термін «мікроскоп» запропонував друг Галілео Галілея німецький лікар та ботанік Джованні Фабер.
Усі створені на той час мікроскопи були задоволені примітивними. Так, мікроскоп Галілея міг збільшувати лише у 9 разів. Удосконаливши оптичну систему Галілея, англійський учений Роберт Гук в 1665 р. створив свій мікроскоп, який мав уже 30-кратне збільшення.
У 1674 р. нідерландський натураліст Антоні ван Левенгук створив найпростіший мікроскоп, у якому використовувалася лише одна лінза. Слід сказати, що створення лінз було одним із захоплень вченого. І завдяки його високій майстерності у шліфуванні, всі зроблені ним лінзи виходили дуже високої якості. Левенгук називав їх "мікроскопіями". Вони були маленькі, розміром з ніготь, але могли збільшувати у 100 або навіть у 300 разів.
Мікроскоп Левенгука був металевою пластиною, в центрі якої знаходилася лінза. Спостерігач дивився через неї на зразок, закріплений з іншого боку. І хоча працювати з таким мікроскопом було не зовсім зручно, Левенгук зміг зробити за допомогою мікроскопів важливі відкриття.
У ті часи мало відомо про будову органів людини. За допомогою своїх лінз Левенгук виявив, що кров складається з безлічі крихітних частинок – еритроцитів, а м'язова тканина – з найтонших волокон. У розчинах він побачив дрібні істоти різної форми, які рухалися, стикалися та розбігалися. Тепер ми знаємо, що це бактерії: коки, бацили та ін Але до Левенгука про це не було відомо.
Усього вченим було виготовлено понад 25 мікроскопів. 9 із них збереглися до наших днів. Вони здатні збільшувати зображення у 275 разів.
Мікроскоп Левенгука був першим мікроскопом, який завезли до Росії за вказівкою Петра I.
Поступово мікроскоп удосконалювався і набував форми, наближеної до сучасної. Вчені Росії також зробили величезний внесок у цей процес. На початку XVIII століття Петербурзі в майстерні Академії наук створювалися вдосконалені конструкції мікроскопів. Російський винахідник І.П. Кулібін збудував свій перший мікроскоп, не маючи жодних знань про те, як це робили за кордоном. Він створив виробництво скла для лінз, вигадав пристосування для їх шліфування.
Великий російський учений Михайло Васильович Ломоносов першим із російських учених став використовувати мікроскоп у наукових дослідженнях.
Однозначної відповіді на запитання «Хто ж винайшов мікроскоп?», мабуть, не існує. У розвиток мікроскопної справи внесли внесок найкращі вчені та винахідники різних епох.
Сьогодні важко уявити наукову діяльність людини без мікроскопа. Мікроскоп широко застосовується у більшості лабораторій медицини та біології, геології та матеріалознавства.
Отримані за допомогою мікроскопа результати необхідні при постановці точного діагнозу, контролю над ходом лікування. З використанням мікроскопа відбувається розробка та впровадження нових препаратів, робляться наукові відкриття.
Мікроскоп- (Від грецького mikros - малий і skopeo - дивлюся), оптичний прилад для отримання збільшеного зображення дрібних об'єктів та їх деталей, не видимих неозброєним оком.
Око людини здатне розрізняти деталі об'єкта, віддалені друг від друга щонайменше ніж 0,08 мм. З допомогою світлового мікроскопа можна побачити деталі, відстань між якими становить до 0,2 мкм. Електронний мікроскоп дозволяє отримати роздільну здатність до 0,1-0,01 нм.
Винахід мікроскопа, настільки важливого для усієї науки приладу обумовлено, насамперед, впливом розвитку оптики. Деякі оптичні властивості вигнутих поверхонь були відомі ще Евкліду (300 років до н.е.) та Птоломею (127-151 рр.), проте їхня збільшувальна здатність не знайшла практичного застосування. У зв'язку з цим перші окуляри були винайдені Сальвініо ділі Арлеаті в Італії лише в 1285 р. У 16 столітті Леонардо да Вінчі та Мауролико показали, що малі об'єкти краще вивчати за допомогою лупи.
Перший мікроскоп був створений лише в 1595 Захаріусом Йансеном (Z. Jansen). Винахід полягав у тому, що Захаріус Йансен змонтував дві опуклі лінзи всередині однієї трубки, заклавши основи для створення складних мікроскопів. Фокусування на досліджуваному об'єкті досягалося за рахунок висувного тубуса. Збільшення мікроскопа становило від 3 до 10 разів. І це був справжній прорив у галузі мікроскопії! Кожен свій наступний мікроскоп він значно удосконалював.
У цей період (XVI ст.) датські, англійські та італійські дослідницькі прилади поступово розпочали свій розвиток, закладаючи фундамент сучасної мікроскопії.
Швидке поширення та вдосконалення мікроскопів почалося після того, як Галілей (G. Galilei), удосконалюючи сконструйовану ним зорову трубу, став використовувати її як своєрідний мікроскоп (1609-1610), змінюючи відстань між об'єктивом та окуляром.
Пізніше, в 1624 р., домігшись виготовлення короткофокусніших лінз, Галілей значно зменшив габарити свого мікроскопа.
У 1625 р. членом Римської "Академії зорких" ("Akudemia dei lincei") І. Фабер був запропонований термін "мікроскоп". Перших успіхів, пов'язаних із застосуванням мікроскопа в наукових біологічних дослідженнях, було досягнуто Гуком (R. Hooke), який першим описав рослинну клітину(близько 1665). У своїй книзі "Мікрографія" Гук описав пристрій мікроскопа.
У 1681 р. Лондонське королівське суспільство у своєму засіданні докладно обговорювало своєрідне становище. Голландець Левенгук(A. van Leenwenhoek) описував дивовижні дива, які відкривав своїм мікроскопом у краплі води, у настої перцю, в мулі річки, у дуплі власного зуба. Левенгук за допомогою мікроскопа виявив і замалював сперматозоїди різних найпростіших деталей будови кісткової тканини (1673-1677).
"З найбільшим подивом я побачив у краплі безліч звіряток, що жваво рухаються у всіх напрямках, як щука у воді. Найдрібніша з цих крихітних тварин у тисячу разів менша за очі дорослої воші."
Найкращі лупи Левенгука збільшували у 270 разів. З ними він побачив уперше кровоносні тільця, рух крові в капілярних судинах хвоста пуголовка, смугастість м'язів. Він відкрив інфузорії. Він уперше поринув у світ мікроскопічних одноклітинних водоростей, де лежить межа між твариною та рослиною; де тварина, що рухається, як зелена рослина, володіє хлорофілом і харчується, поглинаючи світло; де рослина, ще прикріплена до субстрату, втратила хлорофіл і заковтує бактерії. Нарешті він бачив навіть бактерії і у великій різноманітності. Але, зрозуміло, тоді не було ще й віддаленої можливості зрозуміти ні значення бактерій для людини, ні сенсу зеленої речовини – хлорофілу, ні межі між рослиною та твариною.
Відкривався новий світ живих істот, різноманітніший і нескінченно оригінальніший, ніж видимий нами світ.
У 1668 р. Є. Дивіні, приєднавши до окуляра польову лінзу, створив окуляр сучасного типу. У 1673 р. Гавелій запровадив мікрометричний гвинт, а Гертель запропонував під стіл мікроскопа помістити дзеркало. Таким чином, мікроскопи стали монтувати з тих основних деталей, які входять до складу сучасного біологічного мікроскопа.
У середині 17 століття Ньютонвідкрив складний склад білого світла та розклав його призмою. Ремер довів, що світло поширюється з кінцевою швидкістю і виміряв її. Ньютон висловив знамениту гіпотезу - невірну, як вам відомо, - про те, що світло є потік часток, що летять, такої надзвичайної дрібності і частоти, що вони проникають через прозорі тіла, як скло через кришталик очі, і, вражаючи ретину ударами, виробляють фізіологічне відчуття світла . Гюйгенс вперше заговорив про хвилеподібну природу світла і довів, наскільки природно вона пояснює і закони простого відображення і заломлення, і закони подвійного променезаломлення в ісландському шпаті. Думки Гюйгенса та Ньютона зустрілися у різкому контрасті. Таким чином, у XVII ст. в гострій суперечці справді постала проблема про сутність світла.
Як розгадка питання сутності світла, і удосконалення мікроскопа рухалися вперед повільно. Суперечка між ідеями Ньютона та Гюйгенса тривала ціле століття. До уявлення про хвильову природу світла приєднався знаменитий Ейлер. Але вирішено було питання лише через сто з гаком років Френелем талановитим дослідником, якого знала наука.
Чим відрізняється потік хвиль, що поширюються, - ідея Гюйгенса - від потоку дрібних частинок, що мчать, - ідея Ньютона? Двома ознаками:
1. Зустрівшись, хвилі можуть взаємно знищитись, якщо горб однієї ляже на долину іншої. Світло + світло, склавшись разом, може дати темряву. Це явище інтерференції, Це кільця Ньютона, незрозумілі самим Ньютоном; з потоками частинок цього не може. Два потоки частинок – це завжди подвійний потік, подвійне світло.
2. Через отвір потік частинок проходить прямо, не розходячись убік, а потік хвиль неодмінно розходиться, розсіюється. Це дифракція.
Френель довів теоретично, що розбіжність на всі боки мізерна, якщо хвиля мала, але й цю мізерну дифракцію він виявив і виміряв, а, по її величині визначив довжину хвилі світла. З явищ інтерференції, які так добре відомі оптикам, що полірують до одного кольору, до двох смуг, він також виміряв довжину хвилі - це півмікрона (половина тисячної частки міліметра). І звідси стали незаперечними хвильова теорія та виняткова тонкість та гострота проникнення у сутність живої речовини. З того часу всі ми в різних модифікаціях підтверджуємо та застосовуємо думки Френеля. Але й не знаючи цих думок, можна вдосконалити мікроскоп.
Так це було в XVIII столітті, хоча події розвивалися дуже повільно. Зараз важко навіть уявити, що перша труба Галілея, в яку він спостерігав світ Юпітера, та мікроскоп Левенгука були простими неахроматичними лінзами.
Величезною перешкодою у справі ахроматизації була хорошого флінту. Як відомо, ахроматизація вимагає двох стекол: крону та флінту. Останній є скло, в якому однією з основних частин є важкий окис свинцю, що володіє непропорційно великою дисперсією.
У 1824 р. величезний успіх мікроскопа дала проста практична ідея Салліга, відтворена французькою фірмою Шевальє. Об'єктив, який раніше складався з однієї лінзи, розчленований на частини, його почали виготовляти з багатьох ахроматичних лінз. Так помножено число параметрів, дана можливість виправлення помилок системи, і стало вперше можливим говорити про справжні великі збільшення - у 500 і навіть 1000 разів. Кордон граничного бачення пересунувся від двох до одного мікрона. Далеко позаду залишено мікроскоп Левенгука.
У 70-х роках 19 століття переможна хода мікроскопії рушила вперед. Сказав був Аббе(Е. Abbe).
Досягнуто було таке:
По-перше, гранична роздільна здатність пересунулася від півмікрону до однієї десятої мікрона.
По-друге, у побудові мікроскопа замість грубої емпірики запроваджено високу науковість.
По-третє, нарешті, показані межі можливого з мікроскопом, і ці межі завойовані.
Сформовано штаб вчених, оптиків та обчислювачів, які працюють при фірмі Цейсса. У капітальних творах учнями Аббе дана теорія мікроскопа та взагалі оптичних приладів. Вироблено систему вимірювань, що визначають якість мікроскопа.
Коли з'ясувалося, що існуючі сорти скла не можуть задовольнити наукові вимоги, планомірно створено нові сорти. Поза таємницями спадкоємців Гінана - Пара-Мантуа (спадкоємці Бонтана) у Парижі та Ченсов у Бірмінгамі - створені були знову методи плавки скла, і справа практичної оптики розвинена настільки, що можна сказати: Аббе оптичним спорядженням армії майже виграв світову війну 1914-19 мм.
Нарешті, покликавши на допомогу основи хвильової теорії світла, Аббе вперше ясно показав, що кожній гостроті інструмента відповідає своя межа можливості. Найтонший з усіх інструментів - це довжина хвилі. Не можна бачити об'єкти менше півдовжини хвилі - стверджує дифракційна теорія Аббе,- і можна отримати зображення менше півдовжини хвилі, тобто. менше 1/4 мікрони. Або з різними хитрощами імерсії, коли ми застосовуємо середовища, в яких довжина хвилі менша - до 0,1 мікрона. Хвиля лімітує нас. Правда, ліміти дуже дрібні, але все ж таки це ліміти для діяльності людини.
Фізик-оптик відчуває, коли на шляху світлової хвилі вставлений об'єкт товщиною в тисячну, десятитисячну, в окремих випадках навіть в одну стотисячну довжину хвилі. Сама довжина хвилі виміряна фізиками з точністю до однієї десятимільйонної величини. Чи можна думати, що оптики, що поєднали свої зусилля з цитологами, не опанують ту соту довжину хвилі, яка стоїть у поставленій ними задачі? Знайдуться десятки способів обійти межу, поставлену довжиною хвилі. Вам відомий один із таких обходів, так званий метод ультрамікроскопії. Якщо невидимі мікроскоп мікроби розставлені далеко один від одного, то можна висвітлити їх збоку яскравим світлом. Якими б вони малими, вони заблищать, як зірка на темному тлі. Форму їх не можна визначити, можна лише констатувати їхню присутність, але й це часто надзвичайно важливо. Цим способом широко користується бактеріологія.
Праці англійського оптика Дж. Сіркса (1893) започаткували інтерференційну мікроскопію. У 1903 р. Р. Жигмонді (R. Zsigmondy) і Зідентофф (Н. Siedentopf) створили ультрамікроскоп, у 1911 р. Саньяком (М. Sagnac) був описаний перший двопроменевий інтерференційний мікроскоп, у 1935 р. Зернике (F. Zernicke) запропонував використовувати метод фазового розмаїття для спостереження у мікроскопах прозорих, слабко розсіюючих світло об'єктів. У середині XX ст. було винайдено електронний мікроскоп, у 1953 р. фінським фізіологом Вільською (A. Wilska) було винайдено аноптральний мікроскоп.
Великий внесок у розробку проблем теоретичної та прикладної оптики, удосконалення оптичних систем мікроскопа та мікроскопічної техніки зробили М.В. Ломоносов, І.П. Кулібін, Л.І. Мандельштам, Д.С. Різдвяний, А.А. Лебедєв, С.І. Вавілов, В.П. Лінник, Д.Д. Максутов та ін.
Література:
Д.С. Різдво Вибрані праці. М.-Л., "Наука", 1964.
Різдвяний Д.С. До питання про зображення прозорих об'єктів у мікроскопі. – Тр. ГОІ, 1940, т. 14
Соболь С.Л. Історія мікроскопа та мікроскопічних досліджень у Росії у XVIII столітті. 1949.
Clay R.S., Court T.H. Історія з мікроскопа. L., 1932; Bradbury S. The evolution of the microscope. Oxford, 1967.
До винаходу мікроскопа найменше, що могли бачити, було приблизно такої ж величини, як і людське волосся. Після винаходу мікроскопа приблизно в 1590 ми раптово дізналися, що існує ще дивовижний мікросвіт живих істот скрізь навколо нас.
Щоправда, до кінця незрозуміло, кому варто віддати лаври створення мікроскопа. Деякі вчені-історики стверджують, що це був Ханс Ліпперсгей, відомий за подачу першого патенту на телескоп. Інші свідчення вказують на Ханса та Захарія Янссенов, батька та сина, справжньої команди винахідників-ентузіастів, що жили в тому ж місті, що й Ліпперсгей.
Ліпперсгей чи Янсени?
Ханс Ліпперсгей народився у Везелі в Німеччині в 1570 році, але пізніше переїхав до Голландії, яка потім стала місцем інновацій у галузі мистецтва та науки, а ця епоха була названа «Золоте століття Голландії». Ліпперсгей оселився в Міддельбурзі, де він винайшов окуляри, бінокль та деякі з ранніх мікроскопів і телескопів.
У Міддельбурзі жили Ганс та Захарій Янсени. Частина істориків приписує винахід мікроскопа саме Янссенам завдяки листам голландського дипломата Вільяма Борееля.
У 1650-х роках Бореель написав листа лікаря французького короля, в якому він описав мікроскоп. У своєму листі Бореель сказав, що Захар Янссен почав писати йому про мікроскоп на початку 1590-х років, хоча Бореель сам побачив мікроскоп через роки. Деякі історики стверджують, що Ганс Янссен допоміг побудувати мікроскоп, оскільки Захар був підлітком у 1590-х роках.
Ранні мікроскопи
Ранні мікроскопи Янссена були складовими мікроскопами, у яких використовувалися щонайменше дві лінзи. Лінза об'єктива розташована близько до об'єкта і створює зображення, яке підбирається та збільшується ще далі другою лінзою, яка називається окуляром.
Музей Мідделбурга має один із перших мікроскопів Янссена, датований 1595 роком. Він мав три ковзні трубки для різних об'єктивів без штатива і був здатний збільшувати втричі-дев'ять разів справжні розміри об'єкта. Новини про мікроскопи швидко поширилися по всій Європі.
Галілео Галілей незабаром покращив конструкцію складного мікроскопа у 1609 році. Галілей назвав свій пристрій occhiolinoабо «маленьке око».
Англійський вчений Роберт Гук також покращив мікроскоп та досліджував структуру сніжинок, бліх, вошей та рослин. Гук досліджував структуру коркового дерева і вигадав термін «клітина» з латинського cella, що означає «невелика кімната», тому що він порівнював клітини, які він бачив біля коркового дерева, з невеликими кімнатами, в яких жили ченці. В 1665 він докладно описав свої спостереження в книзі «Мікрографія».
Мікроскоп Гука близько 1670 року
Ранні складові мікроскопи забезпечували значно більше збільшення, ніж мікроскопи з однією лінзою. Проте вони сильніше спотворювали зображення об'єкта. Голландський учений Антуан Ван Левенгук розробив потужні однооб'єктивні мікроскопи у 1670-х роках. Використовуючи свій винахід, він першим описав сперматозоїди собак та людей. Він також вивчав дріжджі, еритроцити, бактерії з рота та найпростіших. Мікроскопи Левенгука з одним об'єктивом можуть збільшувати в 270 разів фактичні розміри об'єкта, що розглядається. Після ряду покращень у 1830-х роках цей тип мікроскопів став дуже популярним.
Вчені також розробляли нові способи підготовки та фарбування зразків. У 1882 році німецький лікар Роберт Кох представив своє відкриття мікробактерії туберкульозу, бацил, відповідальних за туберкульоз. Кох продовжив використати свою методику фарбування, щоб ізолювати бактерії, відповідальні за холеру.
Найкращі мікроскопи наближалися до межі збільшувальної здатності на початок 20-го століття. Традиційний оптичний (світловий) мікроскоп не здатний збільшувати об'єкти, розмір яких менший за довжину хвилі видимого світла. Але у 1931 році був подоланий цей теоретичний бар'єр за допомогою створення електронного мікроскопа двома вченими з Німеччини Ернстом Руском та Максом Кноллом.
Мікроскопи розвиваються
Ернст Руска народився останнім із п'яти дітей на Різдво 1906 року в Гейдельберзі, Німеччина. Він вивчав електроніку в Технічному коледжі в Мюнхені і продовжив вивчати високовольтні та вакуумні технології у Технічному коледжі в Берліні. Саме там Руска та його радник, доктор Макс Кнолл, спочатку винайшли «лінзу» магнітного поля та електричного струму. У 1933 році вчені змогли побудувати електронний мікроскоп, який зумів перевершити межу збільшення світлового мікроскопа.
У 1986 році Ернст був нагороджений Нобелівською премією з фізики за свій винахід. Збільшення роздільної здатності електронного мікроскопа досягалося за рахунок того, що довжина хвилі електрона була ще меншою, ніж довжина хвилі видимого світла, особливо при прискоренні електронів у вакуумі.
У XX столітті розвиток електронних та світлових мікроскопів не зупинявся. Сьогодні лабораторії використовують різні флуоресцентні мітки, а також поляризовані фільтри для вивчення зразків або використовувати комп'ютери для обробки зображень, які не видно людському оку. Є відбивні мікроскопи, фазово-контрастні мікроскопи, конфокальні мікроскопи, і навіть ультрафіолетові мікроскопи. Сучасні мікроскопи можуть навіть зображати один атом.
Основною частиною мікроскопа є оптичні лінзи. Мистецтво шліфування оптичних лінз і перші спроби їх застосування йдуть у давнину.
У XVI-XVII ст. це мистецтво досягло значного розвитку, особливо в Голландії та Італії. Потреба в окулярах викликала відповідну промисловість. Окуляри практично могли з'явитися тільки тоді, коли навчилися шліфувати шибки з великою фокусною відстанню (кінець XIII століття, приблизно 1285-1289 рр.). Ймовірно, вони були сконструйовані під впливом ідей Роджера Бекона (Roger Bacon, ок. 1214-1294) флорентійцем Сальвіно дельї-Арматі (Salvino d'Amarto degli Armati) або його співвітчизником Олександром делля Спіна (Alessandro della Spina) вважаються досить достовірними. Так чи інакше, у першій половині XIV ст. окуляри були поширені і широко вживалися у Європі.
Але ще два століття знадобилося для того, щоб ідея мікроскопа, що потенційно існувала, ймовірно, з часу Бекона, була реалізована і оптичні лінзи почали застосовуватися як прилад, що дає можливість бачити «невидиме». Лише до кінця XVI ст. техніка виготовлення оптичних лінз і практика їх використання дають умови виготовлення мікроскопа, і лише XVII в. збільшувальні скла знаходять застосування для дослідження природи.
На рубежі XVI та XVII ст. майже одночасно було винайдено два прилади, що надали неоціненні послуги в науці: телескоп та мікроскоп. Історія винаходу мікроскопа з'ясована досі недостатньо і часто підміняється неперевіреними відомостями.
Донедавна більшість істориків вважали винахідниками мікроскопа голландських оптичних майстрів Ганса і Захаріаса Янсенов (Hans, Zacharias Janssen), які займалися у Міддельбурзі виготовленням окулярів. Однак С. Л. Соболь (1941-1943, 1949) на підставі критичного аналізу існуючої історичної документації заперечує це положення. На думку С. Л. Соболя, винаходу мікроскопа передував винахід телескопа. Перший прототип мікроскопа, вважає Соболь, був сконструйований Галілеєм у 1609-1610 рр. шляхом подовження підзорної труби (винайденої ним трохи раніше) та збільшення відстані між увігнутим окуляром та опуклим об'єктивом. Галілей, очевидно, зауважив, що при цьому зорова труба збільшує дрібні об'єкти, що близько знаходяться. Домагаючись подальшого отримання більш короткофокусних лінз, Галілей удосконалив первісну конструкцію мікроскопа, зменшивши довжину труби.
Однак подальша конструкція мікроскопа пішла іншим шляхом, на основі оптичного інструменту, запропонованого Кеплером, де були застосовані окуляр та об'єктив у вигляді одиночних опуклих лінз, що давало зворотне (перевернуте) зображення. Ідея такого інструменту була висунута Кеплером ще 1611 р., а 1613-1617 рр. вперше було сконструйовано подібний телескоп.
Тому, вважає С. Л. Соболь, винахід мікроскопа слід віднести до 1617-1619 рр. Принаймні до 1619 відноситься один з перших мікроскопів, про які збереглися відомості, - мікроскоп Дреббеля. Корнеліус Дреббель (Cornelius Drebbel, 1572-1634), селянин за походженням, набув слави дослідами, де неабияке знання фізики перемішувалося з магією, а наука - із шарлатанством. Проживши багате на пригоди життя, Дреббель став астрологом при дворі англійського короля Якова I. Дреббель займався конструкцією низки фізичних приладів, у тому числі мікроскопів. Виготовлені Дреббелем мікроскопи, винахідником яких він себе видавав, поширилися в Європі, проникнувши з Англії до Франції та Італії. Зображено реконструкцію мікроскопа Дреббеля, виконану за вказівкою С. Л. Соболя на підставі опису, що відноситься до 1619 р. Труба цього мікроскопа близько півметра довжиною, при діаметрі близько 5 см; вона була зроблена з позолоченої міді і підтримувалась трьома мідними дельфінами на круглій підставці з чорного дерева. На підставку, пише сучасник, «клалися різні речі, які ми розглядали зверху у збільшеному майже неймовірному вигляді».
Перші чотири десятиліття конструкція мікроскопа прогресувала повільно, проте замість об'єктивів типу лінз очкових поступово починають застосовувати більш короткофокусні лінзи. Кірхер (Atanasius Kircher, 1601-1680), німецький дослідник природи, видав у Римі твір під назвою «Велике мистецтво світла і тіні» (Ars magna lucis et umbrae), де дав перелік існуючих на той час мікроскопів (С. Л. Соболь, 1 ).
На початку XVII століття до мікроскопа ставилися переважно як до цікавої іграшки, за допомогою якої заради забави можна розглядати дрібних комах і взагалі різні дрібні предмети, але який мало хто вважав серйозним науковим інструментом. «Мікроскопи» на той час являли собою трубку з двома склом по кінцях; їх називали «блошиним» або «комариним склом» (vitrium pulicarium), в чому відображалося характерне для цього періоду легковажне ставлення до інструменту, який служив зазвичай для подиву спостерігачів величиною зображення. Гевеліус (Jan Heveliusz, 1611-1687), видатний польський астроном, у своїй «Селенографії», виданій у Гданську, так описує подібний «мікроскоп»: «Мікроскоп, який зазвичай називають комариним склом, показує маленькі тільця і навряд чи помітних звірів величину верблюда або слона, тому це викликає велике подив і забаву. Він складається з двох стекол та трубки, близько дюйма довжиною, перед якою розташовується об'єкт. Одне скло, розташоване біля ока, опукле, вишліфоване із сегмента невеликої кулі, не більше двох дюймів у діаметрі; інше скло, що лежить біля основи, де розташовуються предмети, що розглядаються, - просте плоске скло, призначення якого пропускати світло». Таким чином, «мікроскопи», що служили для забави, являли собою найчастіше прості лупи, або, як їх пізніше стали називати, «прості мікроскопи». Але поряд з цим Гевеліус описує і «складний мікроскоп» з двох опуклих лінз типу мікроскопа Дреббеля, щодо якого він зауважує, що «при цьому способі майбутні дрібні об'єкти, які вислизають від очей, з'являться більш ясними та виразними, ніж у першому мікроскопі» (Тобто в «блошиному склі»).
Застосування мікроскопа з науковими цілями вперше було розпочато з ініціативи Федеріко Чезі (Federico Cesi, 1585-1630) у римській Academia dei Lincei (до її складу належав і Галілей). Очевидно, італійський натураліст Стеллуті (Francesco Stelluti, 1577-1646) однією з перших застосував мікроскоп вивчення біологічного об'єкта - бджоли.
Перші мікроскопи жодних освітлювальних пристосувань та пристосувань для зміни фокусу не мали. Об'єкти розглядалися в них при денному освітленні в світлі, що падає. Природно, що ці мікроскопи давали дуже погане та спотворене зображення.
Перше вдосконалення мікроскопа і пропаганда цього приладу як науковий інструмент пов'язані з ім'ям видатного англійського фізика Роберта Гука (Robert Hooke, 1635-1703), що вперше виявив за допомогою свого мікроскопа клітини у рослин. Таким чином, виникнення поняття про клітину майже збігається з періодом появи мікроскопа та зародження мікроскопії.
Гук був знайомий із мікроскопом, привезеним Дреббелем у 1619 р. до Англії. Будучи за складом розуму винахідником, Гук зацікавився новим приладом і поставив за мету реконструювати мікроскоп Дреббеля. Гуку вдалося створити інструмент, що мав низку переваг у порівнянні з мікроскопами, що існували. У «Мікрографії» (1665) Гук дав докладний опис та зображення свого мікроскопа. Тубус мав близько 8 см у діаметрі та близько 18 см довжини та був забезпечений пристроями для деякої зміни відстані об'єктива від об'єкта та зміни нахилу труби. Істотною зміною оптичної частини мікроскопа було введення третьої двоопуклої лінзи, поміщеної між окуляром і об'єктивом; зменшуючи зображення, ця лінза робила його чіткішим і збільшувала поле зору. Об'єкт розташовувався на маленькому круглому диску або його нанизували на штифт, розташований на диску збоку. До мікроскопа був пристосований освітлювальний апарат, що складався з джерела світла, наповненого водою скляної кулі та двоопуклої лінзи, що концентрувала світло на об'єкт. Таким чином, і в мікроскопі Гука об'єкт розглядався в світлі, що падає. За допомогою цього мікроскопа Гук зробив разючі за тонкістю спостереження, опис яких у його «Мікрографії» супроводжується чудовими ілюстраціями, що показують тонкість спостережень першого мікроскопіста.
Одночасно з Гуком над удосконаленням мікроскопа працював у Римі Евстахій Дивіні (Divini, 1667), що вніс істотне поліпшення введенням окуляра, складеного з двох плосковипуклих лінз, опуклі поверхні яких були спрямовані один до одного. Це створювало пласке полі зору більш рівномірне збільшення різних частин аналізованого предмета. Лінзи Дивіні збільшували від 41 до 143 разів. Конструкцією мікроскопів займалися Італії ще кілька майстрів, сприяли поширенню нового приладу.
У 1672 р. німецький оптик Штурм (Sturm) ввів у мікроскоп нове поліпшення: замість об'єктиву з однією лінзою, він виготовив об'єктиви з двох лінз: плоскопуклою і двоопуклою або з двох двоопуклих лінз з різною кривизною («дублети»). Таким чином, у практику вводяться мікроскопи з комбінацією декількох лінз в окулярі та в об'єктиві. Віденський інженер Гріндель фон Ах (Griendel von Ach) сконструював у 1685 р. мікроскоп із 6 лінзами. Загальний вигляд цього мікроскопа дуже схожий на опис мікроскопа Дреббеля.
Нову зміну в конструкцію мікроскопа ввів (близько 1665 р.) італієць Кам'яані (Giuseppe Campani), мікроскоп якого мав у предметному столику отвір та затискачі для скляних або слюдяних пластинок з об'єктами. Його мікроскоп складався із двох лінз. Ту ж конструкцію Тортона (Carl Anton Tortona) застосував для свого трилінзового мікроскопа (близько 1685). Мікроскоп Тортони складався з трубки, у верхній кінець якої було вставлено окуляр, далі розташовувалася лінза, а внизу був укріплений об'єктив. Всі лінзи являли собою двоопуклі сочевиці. На трубку нагвинчувалося кільце, з'єднане з об'єктоутримувачем, що складається з двох шибок, між якими містився предмет, що розглядається в світлі, що проходить.
Зображено модель мікроскопа Бонануса (Bonannus) - одну з найскладніших моделей кінця XVII ст. За основу взято мікроскоп Тортони, доповнений рядом пристроїв. Мікроскоп Бонануса сконструйований так, щоб міцно фіксувавши положення інструменту, звільнити руки спостерігача (мікроскопи Тортони, як і перші мікроскопи Бонануса, треба було тримати в руках) і сконцентрувати на об'єкті максимум світла. Мікроскоп складається з тубуса (АВ), що несе лінзи. Гвинт Z затискає вертикальну подачу тубуса, укріпленого в тримачі У. Пристрій RTG, деталь якого зображена окремо, дозволяє пересувати тубус вперед і назад, тобто змінювати фокусну відстань. Це перша спроба механічного пристосування для встановлення фокусу за нерухомої фіксації об'єкта. Об'єкт поміщається в особливий утримувач CD, затиснутий між двома стеклами, вставленими в дерев'яні пластинки I. Висвітлюється об'єкт лампою Q, світло якої концентрується конденсором; конденсор може рухатися горизонтальною та вертикальною площиною. У мікроскопі Бонануса вже є зачатки основних механічних елементів і пристроїв пізнішого мікроскопа: механічна подача тубуса, освітлювач і предметний столик. Об'єкт розглядався в світлі; Бонанус знову ввів для цього штучне освітлення.
Оптичні частини мікроскопа складалися з трьох або чотирьох лінз, що давали збільшення в 200-300 разів.
Незважаючи на всі ці нововведення, мікроскоп залишався дуже недосконалим інструментом, тому що при вживанні комбінованих систем лінз різко відчувалися сферична і хроматична аберації, що сильно спотворювали зображення при більшому збільшенні. У цьому вся доводиться шукати причину те, деякі видатні дослідники XVII і XVIII ст. не застосовували складний мікроскоп.
Сваммердам - чудовий зоотом XVII ст., що прославився мистецтвом препарування дрібних об'єктів, особливо комах, використовував лише просту лупу. Він сконструював прилад, де можна було швидко змінювати лупи різних збільшення, і за допомогою цього приладу послідовно переходив від слабких лінз до сильних, не вдаючись до їх комбінування.
Льовенгук, другий чудовий голландський мікроскопіст, також не користувався справжнім складним мікроскопом. "Мікроскопи" Левенгука були насправді лупами. Зображено один із подібних інструментів Левенгука. Він являв собою дві срібні платівки, що мають отвір, у який вставлена лінза; позаду поміщається утримувач для об'єкта. Спостерігач брав «мікроскоп» за особливу ручку і розглядав об'єкти в світлі. Для різних об'єктів Левенгуку доводилося робити різні власники, і він робив із цією метою нові інструменти. За власною заявою, Левенгук мав 200 «мікроскопів», що давали збільшення від 40 до 270 разів. Тільки виняткову майстерність у шліфуванні скла дозволило Левенгуку виготовляти лінзи з таким разючим збільшенням (адже збільшення у 270 разів досягалося однією лінзою), а пильність спостерігача дозволила Левенгуку зробити разючі відкриття.
Такими є інструменти, з якими працювали і зробили видатні відкриття мікроскопісти XVII ст. Варто здивування, як з такими примітивними приладами можна було описувати ті подекуди вражаючі деталі, які ми знаходимо в їхніх роботах. Очевидно, наполегливість, перспектива відкриття нових, нікому не відомих фактів допомагали долати труднощі, які ставив перед спостерігачем мікроскоп у ранній період свого виникнення.
До сказаного потрібно додати, що об'єкти, що вивчаються, розглядалися без будь-якої обробки, прямо в повітрі, поміщеними на скло (іноді між двома стеклами) або наколотими на голку. Різка різниця між показниками заломлення повітря та об'єкта створювала додаткові труднощі для вивчення. Нарешті, незважаючи на виняткову майстерність у шліфуванні лінз, скла того часу давали різку хроматичну аберацію, особливо чутливу у складних мікроскопах, де недоліки однієї системи скла посилювалися другою системою – окуляром.
Чи хтось із сучасних досвідчених мікроскопістів, розпещених новітніми ахроматичними мікроскопами, міг за допомогою інструментів, якими користувалися XVII в., розглянути те, що бачили видатні мікроскопісти на той час. Простий сучасний шкільний мікроскоп є шедевр, з яким ці старовинні мікроскопи не можна порівнювати. Проте з їх допомогою відкривали чудові факти. Однією з них стало відкриття XVII в. клітинної будови рослин.
Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.