显微镜：打开微观世界的大门.pdf

漫话漫话科技史科技史漫话漫话科技史科技史自玻璃被发明以后，罗马人用各种形状的透明玻璃来做实验，其中就有边缘薄、中间厚的玻璃。他们发现，如果把“镜片”放在物体上，物体看起来变大了。这些所谓的“镜片”其实并不是现代意义上的镜片，应该叫放大镜或凸透镜。文/周敏玲提及显微镜，可能很多同学都认识，并且借助显微镜观察过微观的物体。显微镜把人类带入了大自然中另一个奇妙的世界。它是窥探微观世界奥秘的“眼睛”，是开启微观世界大门的“金钥匙”。那显微镜是怎样被发明出来的呢？第一个发明显微镜的人又是谁呢？今天，我们就详细具体地为同学们介绍一下显微镜的发明与发展史。可放大物体的玻璃“镜片”5050大约在 1590 年，荷兰眼镜工匠詹森和他的父亲把两片凸透镜放到圆形管里，然后一项重要的发明复式显微镜就诞生了。靠近管子底部的物体得到了放大，而且要比任何单个凸透镜的放大倍率要高很多。很大程度上，他们的第一台显微镜可被认为是一种创新，尚不能作为科学仪器使用，因为放大倍率仅有9倍，而且图像有些模糊。1660 年，罗伯特胡克利用点燃的油灯发出的光经过装了水的玻璃，从而聚焦在标本上，来更好地观察标本。1665 年，胡克自己设计制造了一架由上、下两块凸透镜组成的复合显微镜。有一次，他从栎树皮上切了一片软木薄片，并放到自己发明的显微镜上观察。他观察到了植物细胞(已死亡)，并且觉得它们的形状类似教士所住的单人房间。所以，他使用单人房间的“cell”一词将植物细胞命名为“cellua”。胡克可谓是史上第一个成功观察细胞的人。詹森父子发明复式显微镜罗伯特胡克发明复合显微镜世界上第一台真正意义上的显微镜出现在 17 世纪晚期，发明者是荷兰的布匹商人、显微镜之父列文虎克。列文虎克比同时代的人取得了更大的成就。他把一个小玻璃球磨制成了凸透镜，放大倍数竟然达到了 720 倍。要知道，当时其他显微镜的放大倍数最高仅有 50 倍。他用这个镜片做成了世界上第一台实用显微镜。1590 年1590 年1674 年1674 年1660 年1660 年列文虎克发明简易实用显微镜5151德国化学家肖特成功研制出供制作透镜的优质光学玻璃。他和德国显微镜制作者卡尔蔡司合作，建立了蔡司光学仪器厂，于1886年生产出现代复合光学显微镜，达到了光学显微镜的分辨限度。德国物理学家恩斯特鲁斯卡发明了第一台透射电子显微镜，通过发射电子穿过极薄的标本切片而成像，能把标本放大50 万倍。透射电子显微镜可以看到在光学显微镜下无法看清的小于 0.2 微米的细微结构，这些结构被称为亚显微结构或超微结构。要想看清这些结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。1932 年，鲁斯卡发明了以电子束为光源的透射电子显微镜。电子束的波长要比可见光和紫外线短得多，并且与发射电子束的电压平方根成反比。也就是说，电压越高，波长越短。透射电子显微镜的分辨率可达 0.2 纳米。列文虎克用螺丝钉把一个凸透镜连接到一个金属固定器上，于是他的显微镜就做成了。列文虎克带着他独创的显微镜开始进入科学界，因为他看到了别人在此之前从来都看不到的东西。在显微镜下，他看到了细菌、酵母、血液细胞和水中微小的浮游生物。人们从来没有意识到显微镜的放大功能会帮他们发现事物的结构，发现所有生命都是由很多非常细小的东西组成的。在此之前，从来没有人会想到这一点。肖特和蔡司发明现代复合光学显微镜鲁斯卡发明透射电子显微镜1886 年1886 年1932 年1932 年目镜镜臂物镜载物台载物台压片夹压片夹通光孔通光孔反光镜反光镜粗准焦螺旋粗准焦螺旋细准焦螺旋细准焦螺旋转换器转换器漫话漫话科技史科技史漫话漫话科技史科技史5252扫描电子显微镜是一种介于透射电子显微镜和光学显微镜之间的微观形貌观察仪器，其利用聚焦的很窄的高能电子束来扫描样品，通过光束与物质间的相互作用，来激发各种物理信息，对这些信息收集、放大，再成像，以达到对物质微观形貌表征的目的。1965 年，英国剑桥科学仪器公司研制成功第一台商用扫描电镜,其分辨率为 10 纳米。新式的扫描电子显微镜的分辨率可以达到 1 纳米，放大倍数可以达到 30 万倍及以上连续可调，并且景深大、视野大，成像立体效果好。此外，扫描电子显微镜和其他分析仪器相结合，可以做到在观察微观形貌的同时，进行物质微区成分分析，在岩土、石墨、陶瓷及纳米材料等研究上有广泛应用。扫描隧道显微镜，亦称为扫描穿隧式显微镜，是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它于 1982 年由格尔德宾宁及海因里希罗雷尔发明。两位发明者因此获得了1986 年诺贝尔物理学奖。扫描隧道显微镜是一种扫描探针显微术工具，可让科学家观察和定位单个原子，具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外，扫描隧道显微镜在低温下（-269.15）可以利用探针尖端精确操纵原子。因此，它在纳米科技领域既是重要的测量工具，也是加工工具。商用扫描电子显微镜问世宾宁和罗雷尔发明扫描隧道显微镜1965 年1965 年1982 年1982 年（责任编辑：陆艳）（责任编辑：陆艳）显微镜的发展经历了一个漫长的过程，但正是人们对微观世界的探索欲、对未知的渴望，促使科学技术不断发展进步。未来，人们将会为探寻更微小的结构而上下求索。5353