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显微镜 带人类走进微观世界

2019/9/11编辑:Ma Liang 人气:857

【导读】 当天文望远镜对准深邃的太空,将人类的视线带向距离地球130多亿光年的宇宙深处的时候,现代显微镜将人类的视野扩展到纳米级的微观世界,让人类观察到了原子的结构。看得更远、看得更小是人类在探索世界的过程中不断追求的目标。
 
  微博账号“You Tube精彩视频”发布的视频“微观镜头下的圆珠笔”登上微博热搜榜单,展示了圆珠笔头一直放大所见的画面。网友对微观世界的好奇一如“跳蚤镜”(flea glasses 最早的显微镜)出现时人类观察跳蚤的兴致勃勃。从古至今,人类对观察细微事物的兴趣从未改变。
 
  光学显微镜 迈向微观世界的第一步
 
  与望远镜相似,第一台显微镜也是由眼镜制造商偶然制作出来的。最初显微镜并没有用于重要的科学研究,直到1611年,伽利略第一次利用显微镜观察到一种昆虫并对它的复眼进行了描述,这也意味着显微镜开始进入生物学的研究中。随后,罗伯特·胡克用自制的光学显微镜观察软木塞的切片时发现了残存的植物细胞壁,列文虎克也通过自制的单式显微镜观察并描述了单细胞生物,微生物学从此建立。
 
  第二次科学革命期间,伴随着细胞学说等生物学的全新研究出现,显微镜得到了迅速的发展,放大倍数不断提高。而显微镜技术的发展,也为细胞与微生物的研究提供了巨大的帮助。然而,此时的显微镜仍然是利用光学透镜产生的放大效应放大物体,受限于光的衍射现象,光能聚焦的最小直径只是光的波长的三分之一,因此光学显微镜的分辨率极限只能达到200纳米。
 
  电子显微镜 打破光的束缚
 
  第三次科学革命开始后,人类对物质结构的认识进入微观领域。电子的发现与德布罗意物质波理论的提出,为电子显微镜的出现提供了基础。以电子束作为光源,用波长更短的电波代替光波,就可以打破光学显微镜的分辨率极限。
 
  1931年,德国的克诺尔和鲁斯卡制造了一台试验性的电子显微镜,将样品放大了十几倍,证明了电子显微镜的可行性。仅在一年后,电子显微镜的分辨能力就达到了50纳米,成功突破了光学显微镜的极限。而1996年球差矫正器出现,使电磁透镜的像差得到矫正,电子显微镜的分辨率得到飞跃式的提升,在差不多十年间就达到了0.05纳米。
 
  现代显微镜 超越极限
 
  自电子显微镜出现后,显微镜技术的发展并没有因此受到局限。20世纪以来,还有其他类型的显微镜出现,应用于不同的研究领域。扫描隧道显微镜与原子力显微镜在纳米研究中大放光彩;扫描探针显微镜弥补了电子显微镜在观察生物样品时需要脱水干燥的不足,实现了活体显微;光学显微镜也与计算机等新技术结合,焕发了新的活力。2018年,层叠衍射成像技术实现了0.04纳米的分辨率,显微镜分辨率的吉尼斯新纪录诞生。
 
  显微镜的发展不会就此停步,0.04纳米远非人类追寻的终极目标。我们已经观察到了原子的结构,下一步还有质子、中子、电子,然后还有夸克,夸克之后还有更深入的微观世界、更多的未知等待人类探索。
 
  显微镜的发展 科研与仪器的相互促进
 
  纵观显微镜的发展历史,我们可以发现显微镜的发展史就是微观领域研究的发展史,显微镜的每一次进步与突破必然伴随着微观领域研究的突破。光学显微镜让人类发现了细胞与微生物,电子显微镜让人类可以进行分子水平的观察,扫描隧道显微镜让人类得以研究物体表面的原子构造……
 
  科研与仪器总是相互促进的。仪器为科研提供工具,仪器的进步让科研有全新的发现,推动科研的发展。而科研的发展对仪器提出更高的要求,促使仪器不断改进,适应科研的需求。从更大的层面说,仪器也是科研成果的实践,科研的突破为仪器带来新的理论基础,让仪器能运用更先进的技术发展自身。科研与仪器本就是一体两面。
 

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(来源: 化工仪器网 )

标签:显微镜的用途,高清显微镜,全自动显微镜

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