Historia mikroskopów

Rozwój mikroskopów optycznych

Pod koniec XVII wieku Antoni van Leeuwenhoek z Holandii stworzył prosty mikroskop jednoobiektywowy. Ten nowatorski wynalazek różnił się w budowie od współczesnej lupy tym, że jego powiększenie sięgało ponad 200 razy. Ten nowy mikroskop pozwolił Leeuwenhoekowi odkryć mikroorganizmy i plemniki.

Mniej więcej w tym samym czasie Robert Hooke z Anglii stworzył mikroskop złożony, który był wyposażony w obiektyw i okular. Hooke obserwował tkankę korkową i używał w odniesieniu do niej określenia „komórki”, ponieważ wyglądała jak małe komórki plastra miodu. W ten sposób ukuł biologiczny termin: komórka.

W tamtym czasie połączenie dwóch obiektywów niekorzystnie wpływało na dokładność, częściowo z powodu aberracji soczewek, co skutkowało mniejszą rozdzielczością niż w przypadku mikroskopu prostego.

W XIX wieku rozdzielczość mikroskopu uległa radykalnej poprawie dzięki różnym środkom. Korekcja aberracji została wprowadzona przez zastosowanie lepszych soczewek lub kombinacji soczewek i była wspierana przez niemieckie firmy takie jak Zeiss i Leitz, które miały w tym główny udział. Ernst Abbe z Niemiec wprowadził teoretyczne i techniczne innowacje w dziedzinie mikroskopii i można powiedzieć, że stworzył prototyp nowoczesnego mikroskopu optycznego.

Pomimo tych znaczących udoskonaleń w mikroskopii XIX-wieczny badacz George Airy odkrył granicę rozdzielczości opartą na właściwości światła. Wkrótce potem Ernst Abbe wprowadził pojęcie apertury numerycznej i udowodnił, że próbki mikroskopowe można oglądać z rozdzielczością tylko do 200 nm w świetle widzialnym, niezależnie od parametrów obiektywu, co stworzyło nowe wyzwanie dla obserwacji w powiększeniu.

Rozwój mikroskopów elektronowych

Promienie rentgenowskie i elektron zostały odkryte kolejno pod koniec XIX wieku, a teorię soczewek elektronowych wprowadzono pod koniec lat dwudziestych XX wieku. Rozwój mikroskopów o wyższej rozdzielczości na początku XX wieku jest wynikiem wykorzystania tych wiązek o krótkiej długości fali jako źródła światła. Ernst Ruska z Niemiec wynalazł transmisyjny mikroskop elektronowy (TEM) na początku lat trzydziestych XX wieku, natomiast pierwszy komercyjny TEM został opracowany przez firmę Siemens w 1939 roku. Rozwój skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) rozpoczął się mniej więcej w tym samym czasie co rozwój TEM. Następnie zbudowano skaningowy transmisyjny mikroskop elektronowy (STEM), który został opracowany przez Manfreda Ardenne’a pod koniec lat trzydziestych, a następnie Vladimir Zworykin opracował prototyp nowoczesnego SEM na początku lat czterdziestych XX wieku. SEM Zworykina miał jednak niską rozdzielczość, więc rozwój SEM kontynuowano w ramach projektów realizowanych w laboratorium Charlesa Oatleya na Uniwersytecie w Cambridge w latach pięćdziesiątych, co doprowadziło do powstania pierwszego komercyjnego SEM wyprodukowanego przez Cambridge Instruments w 1965 roku.

Mikroskopy elektronowe przekroczyły ograniczenia mikroskopów optycznych i radykalnie poprawiły rozdzielczość, dzięki czemu można obserwować obiekty tak małe jak atom.

Oprócz poprawy rozdzielczości w mikroskopie elektronowym wciąż wprowadza się wiele ulepszeń. Jednym z nich jest opracowanie środowiskowego skaningowego mikroskopu elektronowego, w którym komora próbki utrzymywana jest w niskiej próżni, co umożliwia obserwację próbek zawierających wilgoć.