میکروسکوپ
میکروسکوپ (از یونانی باستان (mikrós) «کوچک»، و (skopéō) «نگاه کردن»، ابزاری آزمایشگاهی است که برای بررسی اشیایی که خیلی کوچک هستند و با چشم غیر مسلح دیده نمیشوند، استفاده میشود.
میکروسکوپ علم بررسی اجسام و سازه های کوچک است، به معنای نامرئی بودن با چشم است مگر اینکه این دستگاه به آن کمک کند. انواع مختلفی از آنها وجود دارد و ممکن است به روشهای مختلفی دسته بندی شوند.
یکی از راهها توصیف روشی است که یک ابزار برای برهمکنش با یک نمونه و تولید تصاویر استفاده میکند، یا با ارسال پرتوی نور یا الکترون از طریق نمونه در مسیر نوری آن، با تشخیص گسیلهای فوتون از یک نمونه، یا با اسکن در سراسر و فاصله کوتاهی از سطح نمونه با استفاده از پروب.
رایجترین (و اولین) میکروسکوپ نوری است که از لنزهایی برای شکستن نور مرئی استفاده میکند که از یک نمونه برش نازک عبور میکند تا یک تصویر قابل مشاهده تولید کند. دیگر انواع عمده میکروسکوپها فلورسنت، الکترونی و انواع مختلف پروب روبشی هستند.
تاریخچه
اگرچه قدمت اشیایی شبیه عدسی به 4000 سال قبل برمیگردد، و روایتهای یونانی از خواص نوری کره های پر از آب (قرن 5 قبل از میلاد) و به دنبال آن قرنها نوشته در مورد اپتیک وجود دارد. اولین استفاده شناخته شده از میکروسکوپهای ساده (ذره بین) به این زمان باز میگردد. استفاده گسترده از عدسی در عینک در قرن سیزدهم. اولین نمونه های شناخته شده از میکروسکوپهای مرکب، که یک عدسی شیئی نزدیک نمونه را با یک چشمی برای مشاهده تصویر واقعی ترکیب میکنند، در حدود سال 1620 در اروپا ظاهر شدند.
مخترع ناشناخته است، حتی اگر ادعاهای زیادی در طول سالها مطرح شده است. چندین مورد حول محور مراکز عینک سازی در هلند میچرخد، از جمله ادعا میشود که در سال 1590 توسط زکریا یانسن (ادعای پسرش) یا پدر زکریا، هانس مارتنز یا هر دو اختراع شده است، ادعا میکند که آن را اختراع کرده است.
توسط همسایه و عینک ساز رقیب آنها، هانس لیپرشی (که برای اولین ثبت اختراع تلسکوپ در سال 1608 درخواست داد)، و ادعا میکند که این تلسکوپ توسط کورنلیس دربل خارج نشین اختراع شده است، که در سال 1619 ذکر شده بود که نسخه ای در لندن داشت.
گالیله (که گاهی اوقات به عنوان مخترع میکروسکوپ مرکب نیز نامیده میشود) به نظر میرسد پس از سال 1610 متوجه شد که میتواند تلسکوپ خود را برای مشاهده اجرام کوچک ببندد و پس از دیدن میکروسکوپ مرکب ساخته شده توسط دربل که در سال 1624 در رم به نمایش گذاشته شد، نسخه بهبود یافته خود را ساخت.
جیووانی فابر نام میکروسکوپ را برای میکروسکوپ مرکب گالیله که در سال 1625 به Accademia dei Lincei ارائه کرد، ابداع کرد (گالیله آن را occhiolino “چشم کوچک” نامیده بود). رنه دکارت میکروسکوپهایی را توصیف میکند که در آنها از یک آینه مقعر، همراه با عدسی، برای روشن کردن جسم استفاده میشود، که روی نقطه‌ای نصب شده است که آنرا در کانون آینه ثابت میکند.
ظهور میکروسکوپهای نوری مدرن
اولین گزارش دقیق از آناتومی میکروسکوپی بافت آلی بر اساس استفاده از میکروسکوپ تا سال 1644 در کتاب چشم مگس ظاهر نشد.
این دستگاه تا دهه‌های 1660 و 1670 هنوز تا حد زیادی تازگی داشت، زمانیکه طبیعت‌شناسان در ایتالیا، هلند و انگلیس شروع به استفاده از آن برای مطالعه زیست‌شناسی کردند.
دانشمند ایتالیایی مارچلو مالپیگی که برخی از مورخان زیست شناسی آنرا پدر بافت شناسی مینامند، تحلیل خود را از ساختارهای بیولوژیکی با ریه ها آغاز کرد.
عمدتاً به دلیل تصاویر چشمگیر آن. هوک عدسیهای کوچکی از گلوله‌های شیشه‌ای کوچک ایجاد کرد که با ادغام انتهای رشته‌های شیشه‌ای ساخته شده بودند.
آنتونیو ون لیونهوک با استفاده از یک میکروسکوپ تک عدسی ساده به بزرگنمایی 300 برابری دست یافت. او یک لنز توپی شیشه‌ای بسیار کوچک را بین سوراخهای دو صفحه فلزی که با هم پرچ شده بودند قرار داد، و با یک سوزن با پیچ قابل تنظیم که برای نصب نمونه وصل شده بود.
سپس مجددا گلبولهای قرمز خون و اسپرمها را کشف کرد و به رایج شدن استفاده از میکروسکوپ برای مشاهده فراساختارهای بیولوژیکی کمک کرد. در 9 اکتبر 1676، ون لیوونهوک کشف میکروارگانیسمها را گزارش کرد.
عملکرد میکروسکوپ نور مرکب به کیفیت و استفاده صحیح از سیستم عدسی خازنی برای تمرکز نور بر روی نمونه و عدسی شیئی برای گرفتن نور از نمونه و تشکیل تصویر بستگی دارد. سازهای اولیه تا زمانیکه این اصل بطور کامل مورد توجه قرار گرفت و از اواخر قرن نوزدهم تا اوایل قرن بیستم توسعه یافت، و تا زمانی که لامپهای الکتریکی به عنوان منابع نور در دسترس قرار گرفتند، محدود بودند.
در سال 1893 آگوست کوهلر یک اصل کلیدی برای روشنایی نمونه، روشنایی کوهلر را توسعه داد که برای دستیابی به محدودیتهای نظری تفکیک برای میکروسکوپ نوری، مرکزی است. این روش نورپردازی نمونه، روشنایی یکنواخت تولید میکند و بر کنتراست و وضوح محدود تحمیل شده توسط تکنیکهای اولیه روشنایی نمونه غلبه میکند.
پیشرفتهای بیشتر در روشنایی نمونه از کشف کنتراست فاز توسط فریتز زرنیک در سال 1953 و روشنایی کنتراست تداخل دیفرانسیل توسط ژرژ نومارسکی در سال 1955 حاصل شد. که هر دو امکان تصویربرداری از نمونه های شفاف و رنگ نشده را میدهند.
عدسی چشمی
Eye Piece
تنظیم دیپوتر
Diapter Adjustment
صفحه گردان
Nose piece
عدسی شیئی
Objective Lens
منبع نور
Light Source
پایه
Base
صفحه مکانیکی
Mechanical Stage
گیره صفحه
Stage Clip
روزنه
Aperture
دیافراگم
Diaphragm
کندانسور
Condenser
هد
Head
بازو
Arm
تنظیم سریع
Cource Adjustment
تنظیم دقیق
Fine Adjustment
میکروسکوپهای الکترونی
در اوایل قرن بیستم جایگزین قابل توجهی برای میکروسکوپ نوری ساخته شد، ابزاری که از پرتوی الکترون به جای نور برای تولید تصویر استفاده میکند. فیزیکدان آلمانی، ارنست روسکا، با همکاری مهندس برق ماکس نول، اولین نمونه اولیه میکروسکوپ الکترونی را در سال 1931 ساخت که یک میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) است. آن بر اساس اصول مشابه میکروسکوپ نوری کار میکند، اما از الکترونها به جای نور و الکترومغناطیسها در جای عدسیهای شیشه‌ای استفاده میکند. استفاده از الکترون به جای نور، وضوح بسیار بالاتری را امکان پذیر میکند.
توسعه میکروسکوپ الکترونی عبوری به سرعت در سال 1935 توسط ماکس نول دنبال شد. اگرچه TEM ها قبل از جنگ جهانی دوم برای تحقیقات مورد استفاده قرار میگرفتند و پس از آن محبوب شدند، SEM تا سال 1965 به صورت تجاری در دسترس نبود.
میکروسکوپهای الکترونی عبوری پس از جنگ جهانی دوم رایج شدند. ارنست روسکا که در زیمنس کار میکرد، اولین میکروسکوپ الکترونی عبوری تجاری را توسعه داد و در دهه 1950 کنفرانسهای علمی بزرگی در مورد میکروسکوپ الکترونی شروع به برگزاری کرد. در سال 1965، اولین میکروسکوپ الکترونی روبشی تجاری توسط پروفسور سر چارلز اوتلی و دانشجوی فوق لیسانسش گری استوارت ساخته شد و توسط شرکت ابزار کمبریج با نام “Stereoscan” به بازار عرضه شد.
یکی از آخرین اکتشافات انجام شده در مورد استفاده از آن، توانایی شناسایی ویروس است. از آنجاییکه این میکروسکوپ تصویر قابل مشاهده و واضحی از اندامکهای کوچک تولید میکند، در میکروسکوپ الکترونی نیازی به معرفها برای دیدن ویروس یا سلولهای مضر نیست و در نتیجه روش کارآمدتری برای شناسایی پاتوژنها ایجاد میشود.
