Изобретение электронного микроскопа год. Изобретение микроскопа

Изобретение микроскопа началось с того, что однажды Галилей соорудил очень длинную подзорную трубу. Дело происходило днем. Закончив работу, он навел трубу на окно, чтобы на свету проверить чистоту линз. Прильнув к окуляру, Галилей оторопел: все поле зрения занимала какая-то серая искрящаяся масса. Труба немного покачнулась, и ученый увидел огромную голову с выпуклыми черными глазами по бокам. У чудовища было черное, с зеленым отливом туловище, шесть коленчатых ног… Да ведь это … муха! Отняв трубу от глаза, Галилей убедился: на подоконнике действительно сидела муха.

Так появился на свет микроскоп - состоящий из двух линз прибор для увеличения изображения маленьких предметов. Свое название - «микроскопиум» - он получил от члена «Академиа деи линчеи» («академии рысьеглазых»)

И. Фабера в 1625 г. Это было научное общество, которое, кроме прочего, одобряло и поддерживало применение оптических приборов в науке.

А сам Галилей в 1624 г. вставил в микроскоп более короткофокусные (более выпуклые) линзы, благодаря чему труба стала короче.

Роберт Гук и его достижения

Следующая страница в истории создании микроскопа связана с именем Роберта Гука. Это был очень одаренный человек и талантливый ученый. Наиболее значимыми достижениями Гука являются следующие:

• изобретение спиральной пружины для регулировки хода часов; создание винтовых зубчатых колес;
• определение скорости вращения Марса и Юпитера вокруг своей оси; изобретение оптического телеграфа;
• создание прибора для определения пресности воды; создание термометра для измерения низких температур;
• установление постоянства температур таяния льда и кипения воды; открытие закона деформации упругих тел; предположение о волновой природе света и природе земного тяготения.

По окончании Оксфордского университета в 1657 г. Гук стал помощником Роберта Бойля. Это была отличная школа у одного из крупнейших ученых того времени. В 1663 г. Гук уже работал секретарем и демонстратором опытов Английского Королевского общества (академии наук). Когда там стало известно о микроскопе, Гуку поручили провести наблюдения на этом приборе. Имевшийся в его распоряжении микроскоп мастера Дреббеля являл собой полуметровую позолоченную трубу, расположенную строго вертикально. Работать приходилось в неудобной позе - изогнувшись дугой.

Совершенствование микроскопа Гуком

Прежде всего Гук сделал трубу - тубус - наклонной. Чтобы не зависеть от солнечных дней, которых в Англии бывает немного, он установил перед прибором масляную лампу оригинальной конструкции. Однако солнце светило все же гораздо ярче. Поэтому пришла мысль лучи света от лампы усилить, сконцентрировать. Так появилось очередное изобретение Гука - большой стеклянный шар, наполненный водой, а за ним специальная линза. Такая оптическая система в сотни раз усиливала яркость освещения.

Находчивый Гук легко справлялся с любыми трудностями, появлявшимися на его пути. Например, когда понадобилось сделать очень маленькую линзу идеально круглой формы, он опустил острие иглы в расплавленное стекло и затем быстро вынул ее - на кончике иголки сверкала капелька. Гук подшлифовал ее немного - и линза была готова. А когда возникла необходимость улучшить качество изображения в микроскопе, то Гук между двумя традиционными линзами - объективом и окуляром - вставил третью, коллектив, и изображение стало более четким, при этом увеличилось поле зрения.

Когда микроскоп был готов, Гук принялся за наблюдения. Их результаты он описал в своей книге «Микрография», изданной в 1665 г. За 300 лет она переиздавалась десятки раз. Помимо описаний, она содержала замечательные иллюстрации - гравюры самого Гука.

Обнаружения и открытия, строение клетки

Особый интерес в ней представляет наблюдение № 17 - «О схематизме, или строении пробки и о клетках и порах некоторых других пустых тел». Гук так описывает срез обыкновенной пробки: «Вся она перфорированная и пористая, подобно сотам, но поры ее неправильной формы, и в этом отношении она напоминает соты… Далее, эти поры, или клетки, неглубоки, но состоят из множества ячеек, разделенных перегородками».

В этом наблюдении бросается в глаза слово «клетка». Так Гук назвал то, что и сейчас называется клетками, например, клетки растений. В те времена люди не имели об этом ни малейшего представления. Гук первым наблюдал их и дал название, оставшееся за ними навсегда. Это было открытие громадной важности.

Наблюдения Антони ван Левенгука

Вскоре после Гука начал вести свои наблюдения голландец Антони ван Левенгук. Это была интересная личность - он торговал тканями и зонтиками, но не получил никакого научного образования. Зато у него был пытливый ум, наблюдательность, настойчивость и добросовестность. Линзы, которые он сам шлифовал, увеличивали предмет в 200-300 раз, то есть в 60 раз лучше применявшихся тогда приборов. Все свои наблюдения он излагал в письмах, которые аккуратно посылал в Лондонское королевское общество. В одном из своих писем он сообщил об открытии мельчайших живых существ - анималькул, как Левенгук их назвал.

Оказалось, что анималькули присутствуют повсюду-в земле, растениях, теле животных. Это событие произвело революцию в науке - были открыты микроорганизмы.

В 1698 г. Антони ван Левенгук встретился с российским императором Петром I и продемонстрировал ему свой микроскоп и анималькул. Император был так заинтересован всем, что он увидел и что объяснил ему голландский ученый, что закупил для России микроскопы голландских мастеров. Их можно увидеть в Кунсткамере в Петербурге.

Левенгуку принадлежит еще одно важное открытие. Нагревая воду до кипения, он обратил внимание, что практически все анималькулы погибают. Значит, таким способом можно избавляться от болезнетворных микроорганизмов в воде, которую пьют люди.

Камера-обскура

Заканчивая разговор об оптических инструментах, необходимо упомянуть камеру-обскуру, изобретенную в 1420 г. итальянским инженером Дж. Фонтаной. Камера-обскура является простейшим оптическим приспособлением, позволяющим получать на экране изображения предметов. Это темный ящик с небольшим отверстием в одной из стенок, перед которым помещают рассматриваемый объект. Исходящие от него лучи света проходят через отверстие и создают на противоположной стене ящика (экране) перевернутое изображение объекта.

В 1558 г. итальянец Дж. Порта приспособил камеру-обскуру для исполнения рисунков. Ему же принадлежит идея применения камеры-обскуры для проецирования рисунков, помещенных у отверстия камеры и сильно освещаемых свечами или солнцем.

С древних времен человек хотел увидеть вещи, куда более мелкие, чем может воспринять невооруженный глаз. Кто первый начал использовать линзы, сейчас сказать невозможно, но достоверно известно, например, что наши предки более 2 тысяч лет назад знали о том, что стекло способно преломлять свет.

Во втором веке до нашей эры Клавдий Птолемей описывал, как “изгибается” палка, которую окунули в воду, и даже очень точно подсчитал постоянную рефракции. Еще ранее в Китае делали устройства из линз и наполненной водой трубки, чтобы “видеть невидимое”.

В 1267 году Роджер Бэкон описал принципы работы линз и общую идею телескопа и микроскопа, но только в конце XVI века Захарий Янсен и его отец Ганс, производители очков из Голландии, начали экспериментировать с линзами. Они поместили несколько линз в трубку и обнаружили, что предметы, обозреваемые через нее, выглядят значительно больше, чем под простым увеличительным стеклом.

Но этот их “микроскоп” был скорее диковинкой, нежели научным прибором. Сохранилось описание инструмента, который отец и сын сделали для королевской семьи. Он состоял из трех скользящих трубок общей длиной в 45 с небольшим сантиметров и диаметром в 5 сантиметров. В закрытом виде он увеличивал в 3 раза, в полностью раскрытом - в 9 раз, правда, изображение получалось немного размытым.

В 1609 году Галилео Галилей создал составной микроскоп с выпуклыми и вогнутыми линзами и в 1612 представил этот “оккиолино” (“маленький глаз”) польскому королю Сигизмунду III. Через несколько лет, в 1619-м, нидерландский изобретатель Корнелиус Дреббель продемонстрировал в Лондоне свою версию микроскопа, с двумя выпуклыми линзами. Но само слово “микроскоп” появилось только в 1625 году, когда, по аналогии с “телескопом”, его придумал немецкий ботаник из Бамберга, Иоханн (Джованни) Фабер.

От Левенгука до Аббе

В 1665 году английский естествоиспытатель Роберт Гук усовершенствовал увеличительный инструмент и открыл элементарные единицы строения, клетки, изучая кору пробкового дуба. Через 10 лет после этого голландский ученый Антони ван Левенгук сумел получить еще более совершенные линзы. Его микроскоп увеличивал предметы в 270 раз, при том, что остальные подобные приборы едва достигали 50-кратного увеличения.

Благодаря своим качественно отшлифованным и отполированным линзам, Ленвенгук сделал множество открытий - он первым увидел и описал бактерии, дрожжевые клетки, наблюдал движение кровяных телец в капиллярах. Всего ученый изготовил как минимум 25 разных микроскопов, из которых до нашего времени дошли лишь девять. Есть предположения, что некоторые из утерянных приборов имели даже 500-кратное увеличение.

Несмотря на все достижения в этой области, в последующие 200 лет микроскопы практически не изменились. И только в 1850-х немецкий инженер Карл Цейс начал совершенствовать линзы для микроскопов, которые производила его компания. В 1880-х он нанял Отто Шотта, специалиста по оптическим стеклам. Его исследования позволили значительно улучшить качество увеличительных приборов.

Еще один сотрудник Карла Цейса, физик-оптик Эрнст Аббе, усовершенствовал сам процесс производства оптических инструментов. Прежде все работы с ними выполнялись методом проб и ошибок; Аббе же создал для них теоретический фундамент, научно обоснованные методы изготовления.

С развитием технологии и появился микроскоп, который мы знаем сейчас. Однако теперь оптические микроскопы, способные фокусироваться на объектах, размер которых превышает или равен длине волны света, уже не могли удовлетворить ученых.

Современные электронные микроскопы

В 1931 году немецкий физик Эрнст Руска начал работу над созданием первого электронного микроскопа (просвечивающий (трансмиссионный) электронный микроскоп). В 1986 году за это изобретение он получит Нобелевскую премию.

В 1936-м немецкий же ученый Эрвин Вильгель Мюллер изобрел электронный проектор (автоэлектронный микроскоп). Прибор позволял увеличить изображение твердого тела в миллионы раз. Через 15 лет Мюллер же сделал еще один прорыв в этой области - автоионный микроскоп, который дал физику возможность впервые в истории человечества увидеть атомы.

Параллельно велись и другие работы. В 1953 году голландец Фриц Цернике, профессор теоретической физики, получил Нобелевскую премию за создание фазово-контрастной микроскопии. В 67-м Эрвин Мюллер усовершенствовал свой автоионный микроскоп, добавив к нему время-пролетный масс-спектрометр, создав первый “атомный зонд”. Это устройство позволяет не только идентифицировать отдельно взятый атом, но и определять массу и кратность заряда иона.

В 1981-м Герд Бинниг и Генрих Рорер из Германии создали сканирующий (растровый) туннельный микроскоп; через пять лет после этого Бинниг и его коллеги изобрели сканирующий атомно-силовой микроскоп. В отличие от предыдущей разработки, АСМ позволяет исследовать и проводящие, и непроводящие поверхности и фактически манипулировать атомами. В том же году Бинниг и Рорер получили Нобелевскую премию за СТМ.

В 1988 году трое ученых из Великобритании снабдили “атомный зонд” Мюллера позиционно-чувствительным детектором, что дало возможность определять положение атомов в трех измерениях.

В 1988-м японский инженер Кинго Итая изобрел электрохимический сканирующий туннельный микроскоп, а три года спустя был предложен кельвин-зондовый силовой микроскоп - бесконтактная версия атомно-силового микроскопа.

Такой прибор, как микроскоп, и раньше, и в современном мире пользуется огромной популярностью. Каждый из нас еще со школьных времен хорошо помнит, что это оптическое устройство, которое увеличивает объекты в сотни, а то и в тысячи раз. На уроках биологии мы смотрели через окуляр на клетки луковой пленки и удивлялись хитроумности и сложности такого прибора. Сегодня же попробуем разобраться в том, кто изобрел микроскоп, так как точного ответа на этот вопрос еще нет.

Как появился первый микроскоп

Оптические свойства изогнутых поверхностей были обнаружены еще в 300-х годах до нашей эры. Евклид в своих трактатах рассказал о проведенных исследованиях, объяснив преломление и в результате чего происходило зрительное увеличение предметов. Птолемей в работе "Оптика" описал характеристики воспламеняющих стекол. Но в то время все эти свойства не нашли применения. И только через несколько веков их использовали на практике.

Ханс Янсен вместе со своим сыном Захарием соорудили в 1550 году самую первую модель устройства: в одну трубку поместили две линзы, получив таким образом пятидесятикратное увеличение. Это и есть один из вариантов ответа на вопрос о том, кто изобрел примитивный микроскоп. А Галилей в 1610 году обнаружил, что, раздвигая им изобретенную, можно также увеличить небольшие предметы. Именно этот ученый и стал считаться тем, кто изобрел первый микроскоп, состоящий из отрицательной и положительной линз. После этой даты исследования в рассматриваемой области начали стремительно развиваться.

17 век - время великих открытий

В указанном столетии произошла самая настоящая научно-техническая революция, которая и стала фундаментом большинства современных наук: биологии, медицины, физики, математики. Были сделаны грандиозные открытия и великие изобретения. Как раз в то время микроскопы заметно усовершенствовались и стали важной частью каждого исследователя. Но так никто точно и не сказал, кто изобрел микроскоп, кого считать его создателем. По одному из мнений, создателем рассматриваемого прибора является А. Кирхер, в 1646 году описавший устройство под названием "блошиное стекло". Из чего оно состояло?

Это была лупа, закрепленная в основе из меди, которая держала предметный столик. В самом низу размещалось отражавшее свет и освещающее предмет. При помощи винта можно было перемещать лупу и настраивать изображение. Такое устройство стало прообразом современного светового микроскопа.

Система окуляров К. Гюйгенса и дальнейшее развитие устройства

Создание данной системы стало большим шагом в развитии микроскопов. Удалось получить бесцветное изображение, что позволило увеличить четкость изучаемых предметов. Ученый К. Дребель в начале 17 века сделал сложный микроскоп, состоящий из двух линз: первая обращена к предмету, вторая - к глазу исследователя.

При этом в первой использовались стекла двояковыпуклые, что давало перевернутое увеличенное изображение. в 1661 году усовершенствовал устройство, добавив еще одну линзу. Такой тип и стал самым популярным для большинства моделей микроскопов до средины 18 века. Еще один изобретатель - Антоний Ван Левенгук - также считается тем, кто изобрел микроскоп. Причина - его огромный вклад в развитие рассматриваемого прибора. В свободное от работы время он шлифовал линзы. Несмотря на то, что они были относительно маленькими, увеличение давали поразительное - в 350-400 раз.

Влияние микроскопа на микробиологию

Используя свои линзы, Левенгук создал собственное устройство и стал изучать различные объекты. Так вот, всего лишь через одну небольшого размера сферическую линзу он увидел в капле грязной воды множество живых существ мельчайшего размера. Был сделан вывод о том, что существует какая-то микроскопическая жизнь. Левенгук занялся ее изучением, что положило начало еще одной новой науке - микробиологии. В 1861 году ученый представил свое открытие Лондонскому королевскому обществу и получил звание изобретателя микроскопов и величайшего исследователя.

Получается так, что и он - тот, кто изобрел микроскоп. К настоящему времени описываемые приборы претерпели большие изменения. Появились модели, которые используют не свет для получения изображения, а потоки электронов, а иногда и лазерное излучение. Для этого применяют и компьютерные вычисления. Микроскоп стал одним из важнейших приборов в исследованиях по естественным наукам, он применяется и в химии, и в биологии, и в физике.

Электронный микроскоп

Если задаться вопросом о том, кто изобрел электронный микроскоп, то правильный ответ будет таким: физики из Шеффилдского университета. В основе старого устройства - метод трансмиссионной микроскопии, позволяющий получать разрешение изображений, ограниченное только длиной волны электрона. В конструкции просвечивающего прибора исследователи отказались от магнитных линз, так как именно они в основном и понижали разрешение.

Сквозь образец проходили дифракции волн, и путем компьютерного анализа получалось изображение. Это электронная птихография. При помощи небольшой модификации конструкции и несколько другого способа формирования конечного изображения ученым удалось в пять раз увеличить разрешение на уже существующем приборе.

Принцип действия электронного микроскопа

Сейчас уже не столь важно, кто изобрел впервые микроскоп. Ныне правят бал совсем другие, намного более мощные устройства, в том числе электронные. По принципу работы они похожи на световые. Только в них вместо через образец проходят электроны, а магниты используются вместо стеклянных линз.

Но оно размывается из-за аберраций, присущих магнитным линзам. Ученые нашли способ восстановления изображений. Это позволило убрать из схемы магниты и, соответственно, искажения.

Кто изобрел световой микроскоп? Немного истории

Что такое оптический микроскоп? Это лабораторная система, предназначенная для получения изображений малых объектов в увеличенном виде с целью их изучения, рассмотрения и практического применения. Мы начали нашу статью с истории развития микроскопа, сейчас же посмотрим на этот вопрос с другой стороны. В настоящее время такое устройство необходимо не только врачам и биологам.

Без него невозможно представить высокие современные технологии с нынешними требованиями к контролю сборки и качеству продукции.

Расскажем об одном достижении. В 2006 году немецкие ученые Мариано Босси и Штефан Хелль разработали наноскоп - сверхмощный оптический микроскоп, который позволяет исследовать объекты супермаленького размера в 10 Нм, а также получать 3D-изображения высочайшего качества.

Кратко о возможностях современных устройств

Мы с вами немного разобрались с вопросом о том, кто изобрел первый микроскоп. А теперь буквально пару слов о возможностях современных приборов. В 2010 году из израильского университета Йешивы пришло известие о том, что ученые смогли проследить, как внутри клетки перемещаются отдельные молекулы. Тогда же немецкие исследователи запечатлели молекулярные превращения в ходе химических реакций. А еще на год раньше в Харьковском ФТИ получили четкое изображение отдельного атома.

Также нужно отметить то, что в настоящее время световые микроскопы догоняют электронные по своим возможностям.

История создания первого микроскопа полна тайн и домыслов. Даже его изобретателя не так-то легко назвать. Но достоверно известно, что самые первые записи о микроскопе относятся к 1595 году. В них значится имя Захария Янсена, сына голландского мастера по изготовлению очков Ханса Янсена.

Захарий рос любознательным мальчиком и много времени проводил в мастерской отца. Однажды, в отсутствие отца он смастерил из металлического цилиндра и обрезков стекла необычную трубу. Ее особенность была в том, что при рассматривании через нее окружающие предметы увеличивались в размерах, становились намного ближе и, казалось, находятся на расстоянии вытянутой руки. Мальчик попробовал посмотреть на предметы через другой конец трубки. Каково же было его удивление, когда он увидел их маленькими и очень отдаленными.

О своем необычном опыте Захарий рассказал отцу, который всячески поощрял сына на этой стезе. Ханс Янсен, сам того не зная, усовершенствовал «волшебную» трубу - он заменил металлический цилиндр системой трубок, которые могли складываться друг в друга. Теперь рассматривание предметов стало еще интересней, ведь они стали четче и крупнее. Благодаря изменяющейся длине трубы можно было приближать или отдалять от себя изображение, рассматривать мелкие детали, видеть то, что ранее ни в одни очки увидеть было невозможно.

Так, в результате детской забавы было совершено историческое открытие - был создан первый микроскоп, и человечество получило возможность познакомиться с новым, доселе невиданным миром - миром микроскопических существ. И хотя увеличение микроскопа составляло всего от 3 до 10 крат, это было величайшее по своей значимости открытие!

Постепенно слух об увеличивающей трубе разошелся далеко за пределы Нидерландов и достиг Италии, где в городе Падуя жил и преподавал в университете астрономию Галилео Галилей. Он очень быстро понял преимущества нового изобретения и на основании этого создал собственную увеличительную трубу. Несколько позже, в личной лаборатории Галилео Галилей наладил производство простейших микроскопов.

Шло время, в 1648 г. в Нидерландах произошло знакомство с микроскопом у будущего основоположника научной микроскопии Антони ван Левенгука. Этот прибор настолько увлек юного Левенгука, что он все свое свободное время стал посвящать изучению научных трудов, посвященных исследованиям микромира. Параллельно с чтением книг, юный Левенгук осваивал профессию шлифовальщика линз, что в дальнейшем позволило ему создать собственный микроскоп с увеличительной способностью до 500 крат. С его помощью он сделал большое количество значительных открытий. Например, он первый, кто описал бактерий и инфузорий, обнаружил и зарисовал красные клетки крови - эритроциты, волокна хрусталика глаза, мышечные волокна и клетки кожи.

Одновременно с Левенгуком над усовершенствованием микроскопа работал другой великий ученый, внесший огромный вклад в микроскопию - англичанин Роберт Гук. Он не только сконструировал отличную от других модель микроскопа, но и тщательно изучил структуру клеток растений и некоторых животных, зарисовал их строение. В своей научной работе под названием «Микрография» Гук дал подробное описание клеточного строения бузины, моркови, укропа, глаза мухи, крыла пчелы, личинки комара и многого другого. Кстати, именно Гук ввел термин «клетка» и дал ему научное определение.

По мере развития человечества строение микроскопа усложнялось и совершенствовалось, появились новые виды микроскопов, с большей увеличительной способностью и повышенным качеством изображения. На сегодняшний день существует огромное разнообразие микроскопов - оптические, электронные, сканирующие зондовые, рентгеновские. Все они предназначены для увеличения микроскопических объектов и детального их изучения, но являются несравненно более сильными и многофункциональными, по сравнению со световыми микроскопами.

В XXI веке развитие биологии идет семимильными шагами. Сегодня эта профессия снова обрела популярность, многие родители стремятся направить своих юных ученых именно по этой стезе. И действительно, новости об открытиях приходят практически ежедневно из всех уголков земного шара. Человечество взрослеет в интеллектуальном плане. Те, кто изобрел микроскоп - настоящие гении и профессионалы, они позволили цивилизации расти не только в медицине и области знаний об эволюции, но и во всех других научных и промышленных отраслях. Благодаря им формы жизни активно изучаются как на клеточном, так и на молекулярном уровне, кроме того достигнуты колоссальные результаты в металлургии, геологии, машиностроении. Их имена заслуживают уважения целых поколений, которым дано счастье пользоваться современными благами.

Кто изобрел микроскоп - пожалуй, именно с этого молодым биологам, смышленым детям и просто любознательным интеллектуалам следует начать свое удивительное путешествие в микромир, таящий в себе множество тайн и загадок, удивляющий и восхищающий не зависимо от возраста наблюдателя. Это полезное изобретение стало плодом многолетний кропотливой работы сразу нескольких изобретателей, гениальное попадание в цель, которую другие попросту не видели. Вспомним их и рассмотрим неоценимый вклад каждого.

Будучи неравнодушным к астрономии, Галилео Галилей разработал и сконструировал телескоп, оптическая схема которого в скором времени была использована в первых составных микроскопах. Доработанное устройство было названо «маленьким глазом» или «Оккиолино». Можно ли при этом утверждать, что он его изобрел в 1609 г., являясь весьма далеким от каких-либо биологических экспериментов (за исключением, может быть, наблюдения насекомых, являвшимся хобби)? С некоторой натяжкой, наверное, да. И большинство энциклопедий едины в своем мнении.

Более чем 6 десятилетий спустя, Антони ван Левенгук изобрел усовершенствованный микроскоп, способный показывать клетки растений и даже одноклеточные организмы, например, эвглен, инфузорий. По своей сути это был прибор, состоящий из отшлифованной линзы, закрепленной на металлической пластине. Не смотря на очевидную простоту, он был самый мощный, выдававший увеличение более чем в 270 крат! Образцы подсвечивались с помощью естественного света, направленного на них из открытого окна или горящей свечки.

Начиная с 1870-х г, после разработки Эрнстом Аббе теории о микроскопии, производители получают готовую технологию, и немецкая компания Carl Zeiss впервые берется за серийное производство, обеспечив себе лидерство и даже монополию на долгие годы вперед.

XIX и XX вв. ознаменовались созданием специализированных микроскопов, например, поляризационных, люминесцентных, металлографических. Помимо классических методов исследования (светлое и темное поле) получил широкое применение фазового контраста. В условиях современности изображение фиксируется в цифровом виде - делаются фотографии и видеоролики. Это оказалось возможным после появления видеоокуляра, позволяющего выводить картинку на экран компьютера в режиме on-line.