顯微鏡的發(fā)展綜述

1、 顯微鏡的發(fā)展綜述摘 要:本文綜述顯微鏡的歷史發(fā)展過程。通過列出每個時期顯微鏡的形態(tài)、功能與應用領域，可總結出顯微鏡的工作原理和了解社會發(fā)展的不同時期的需要。從而可推測出未來的社會需要和顯微鏡的發(fā)展方向。關鍵詞：顯微鏡、發(fā)展綜述、顯微鏡的發(fā)展、單式顯微鏡、復式顯微鏡The development of microscopeAbstract This paper reviewed the development history of the microscope process. By listing every period microscope, the shape of the funct

2、ion and application field, We can be concluded the working principle of the microscope and understand the social development in different periods of need .We thus can guess the future of the social needs and the development direction of the microscope.Keywords Microscope, the review of development,

3、the development of microscope, Characteristic menu type microscope, Double entry microscope 顯微鏡是一種借助物理方法產(chǎn)生物體放大影像的儀器。最早發(fā)明于16 世紀晚期，至今已有四百多年的歷史?，F(xiàn)在，它已經(jīng)成為了一種極為重要的科學儀器，廣泛地用于生物、化學、物理、冶金、釀造、醫(yī)學等各種科研活動，對人類的發(fā)展做出了巨大而卓越的貢獻。隨著現(xiàn)代光電子技術和計算機的高速發(fā)展，顯微測量技術在工業(yè)、國防、科技均得到了廣泛應用1。通過了解顯微鏡的發(fā)展歷程，今后能更好地改良顯微鏡，使其更造福于我們的社會。1 十六世紀的顯微

4、鏡1.1 單式顯微鏡的出現(xiàn): 在3000多年以前，歐洲腓尼基人在地中海沿岸的貝魯斯河邊第一次制成了人造玻璃. 大約在4世紀,羅馬人開始把玻璃應用在門窗上. 到1291年, 意大利的玻璃制造技術已經(jīng)非常發(fā)達.而玻璃是制造顯微鏡的基本材料. 早在公元前,我國人民就發(fā)展出了透鏡制造技術.當時的材料是水晶. 13世紀,著名的馬可.波羅將中國的眼鏡傳入歐洲.歐洲人學會了磨制眼鏡的技術. 眼鏡制造業(yè)興盛起來. 人們很快發(fā)現(xiàn),凸透鏡可以產(chǎn)生物體的放大影象. 于是,一些人開始使用凸透鏡來觀察細小的物體,凸透鏡在科學研究中開始發(fā)揮它巨大的作用.凸透鏡因其具有放大功能而被叫做放大鏡,多透鏡的復式顯微鏡發(fā)明后又稱單

5、式顯微鏡,意思是只有一個透鏡的顯微鏡2、3。1.2 第一個復式顯微鏡:1595年,荷蘭的著名磨鏡師詹森(Janssen)發(fā)明了第一個簡陋的復式顯微鏡。這個顯微鏡是由三個鏡筒連接而成.其中中間的鏡筒較粗,是手握的地方.另外兩個鏡筒分別插入它的兩端,可以自由伸縮,從而達到聚焦的目的.鏡頭兩個,都是凸透鏡,分別固定在鏡筒的兩端.物鏡是一個只有一個凸面的單凸透鏡.目鏡是一個有兩個凸面的雙凸透鏡. 當這個顯微鏡的兩個活動鏡筒完全收攏時,它的放大倍數(shù)是3倍;當兩個活動鏡筒完全伸出時,它的放大倍數(shù)是10倍2。復式顯微鏡的發(fā)明,是科學史上的里程碑,人類從此開始認識微觀世界.不過,由于技術條件不成熟,16世紀的

6、顯微鏡放大倍數(shù)都不高,因此在16世紀人類在探索微觀世界方面并沒有什么激動人心的發(fā)現(xiàn)。2 十七世紀的顯微鏡2.1 十七世紀單顯微鏡的發(fā)展十七世紀的單顯微鏡與其說是科學儀器,不如說是藝術品.似乎那時的顯微鏡制造者所追求的并不是高的性能,而是視覺上的享受. 這個單式顯微鏡的鏡頭鑲在一個圓盤形金屬眼罩的中部.兩個金屬手柄一長一短,長的那個手柄是手握的地方.在其末端還設置了幾個突起,方便使用者握住.在這兩個手柄的中間,夾著一個有六個圓孔可以轉動的圓盤,那是它的載物臺。2.2 滑桿顯微鏡在十七世紀中葉,出現(xiàn)了一種滑桿顯微鏡.它們的基本結構大致相同:燈塔形的鏡身,頂端是一個凸透鏡.在鏡身中部穿過一根長長的可

7、以水平滑動的橫桿.在橫桿前端固定著一根頂端削尖,與橫桿垂直的長"針"-奇特的載物臺. 使用時,先將針尖刺入標本,使標本固定在針尖上.然后前后移動滑桿,調(diào)節(jié)標本與透鏡的距離而使成像最清晰后,即可進行觀察4。2.3 單式顯微鏡的頂峰-列文虎克的顯微鏡一個典型列文虎克顯微鏡是由兩個螺釘,幾個鉚釘,一個鏡頭,一個寬大的鏡身,一個針形載物臺。鏡身的結構較為精巧:首先在兩塊同樣形狀的黃銅薄板上對稱地鑿兩個孔,然后把鏡頭放在其中一個孔上,再把另一塊黃銅板放在上面,對齊這兩塊黃銅板,使這兩個孔剛好把中間的透鏡鑲住.最后用鉚釘固定住銅板即可5。列文虎克的顯微鏡的透鏡制作十分精巧, 它們的厚度

8、僅為一毫米,曲率半徑為0.75毫米.它們有很高的放大率和分辨率.在Utrecht博物館收藏的一個列文虎克顯微鏡其放大率為275倍,分辨率接近1微米.這在當時是世界一流的,而它們?nèi)鲎砸粋€業(yè)余制造者之手,這真是個奇跡。2.4 十七世紀復式顯微鏡的初步發(fā)展伽利略的顯微鏡(制造于17世紀晚期)繼承了詹森顯微鏡的特點:同樣是兩個可以伸縮的套筒,通過改變套筒的長度來調(diào)焦.但伽利略作了一點改進:在套筒外壁上刻上了很多螺紋,通過旋轉套筒即可使套筒上下伸縮,完成調(diào)焦.這樣顯微鏡使用起來就較為平穩(wěn).這個顯微鏡制作十分精美:黃銅制作的鏡身,四個支架被精心雕刻成彎曲狀,這充分表現(xiàn)了當時人們的審美觀6。胡克的顯微鏡光

9、源系統(tǒng):光源系統(tǒng)的設計在當時是一個創(chuàng)造.它由一個木制支架,一個油燈,一個盛水的大玻璃球,一個小的光闌組成.光由油燈產(chǎn)生,通過玻璃球會聚,由光闌調(diào)節(jié)光通量6。顯微系統(tǒng):顯微系統(tǒng)的設計在當時也是較為復雜,先進的.它由載物臺,物鏡,調(diào)焦螺旋,鏡筒,目鏡組成1、5。這個顯微鏡最初完工的時候,存在著很大的球面像差和色差,這使得成像的質(zhì)量很糟.胡克為此而在光源系統(tǒng)上安裝了那個光闌.很不幸,改造后的顯微鏡成的像十分暗淡,還有光的衍射現(xiàn)象,成像的質(zhì)量還是很差.但是,就是用這個顯微鏡,人類第一次看見了典型的細胞。3 十八世紀的顯微鏡3.1 十八世紀中使用最廣泛的顯微鏡:卡夫(Cuff)顯微鏡英國顯微鏡設計師Jo

10、hn Cuff在17世紀中葉設計了一種新型的顯微鏡，稱為Cuff顯微鏡. Cuff顯微鏡的聚光方法有兩種:在顯微鏡黃銅載物臺下方有一個凹面鏡.它的作用是為顯微鏡觀察透明樣品時提供透射光線.當遇到不透明的樣品時,就使用載物臺上方的聚光鏡把光線聚焦在樣品表面以達到足夠的亮度,完成觀察.光學性能:盡管Cuff顯微鏡的功能在當時是最多的,但它的光學性能還是很糟糕.它的放大倍數(shù)不大:最低放大倍數(shù)為45倍,最高為100倍.它有很嚴重的色差和球面像差.它的分辨率極低,只有10微米.盡管如此,Cuff顯微鏡仍是當時最好的復式顯微鏡7。3.2 英王George III的銀顯微鏡1761年英國人George Ad

11、ams為英王George III制造了一臺精美的銀顯微鏡.由于他在這個金屬顯微鏡的表面鍍上了大量的銀,所以這個顯微鏡的造價實在高得驚人,也只有英國王室才能負擔得起,他們用它來向外國使臣炫耀英國的富有.該顯微鏡既可以當作單顯微鏡來使用,也可以當成復式顯微鏡來使用(復式顯微鏡的鏡身在顯微鏡頂端的那兩個人像后面,其物鏡有八個,都鑲在頂部人像腳下的那個圓盤上,通過旋轉該圓盤可以選擇合適的物鏡).可以說,它的功能在當時還是較多的8。3.3 植物標本解剖鏡這個顯微鏡大約制造于1750年,是解剖鏡的先驅(qū).它的特點是用一個很大的平面鏡采光.它的放大倍數(shù)不大,但有很多功能.它既可以當作解剖鏡使用,又可以觀察小昆

12、蟲及小型水生生物如水蚤,水螅等10.4 十九世紀的顯微鏡4.1 Ladd的學生顯微鏡 這個顯微鏡由英國人William Ladd在1864年制造.它采用了當時最先進的齒輪調(diào)焦裝置,這一裝置在今天仍然被大多數(shù)光學顯微鏡所使用. 這個顯微鏡的鏡臂上多出了一個在前幾個世紀的顯微鏡上都看不到的東西-聚光鏡.聚光鏡的出現(xiàn)對顯微科學的發(fā)展起到了重要的作用.因為聚光鏡是后來的一些新型顯微鏡的重要結構之一.4.2 歷史上最精美的顯微鏡-Wenham的顯微鏡 它由英國倫敦人Francis Wenham在1882年制造.它有著當時最為精巧先進的齒輪傳動系統(tǒng)和齒輪調(diào)焦系統(tǒng),聚光系統(tǒng)還有成像系統(tǒng).它的物鏡和目鏡的質(zhì)量

13、在當時都是最高的.這個顯微鏡的最突出的特點是它的齒輪傳動裝置.這個顯微鏡的鏡座,鏡臂,載物臺都可以旋轉.其中,鏡座和載物臺的旋轉幅度較大,為360度.旋轉鏡座可以改變顯微鏡的朝向,旋轉鏡臂可以調(diào)節(jié)顯微鏡的傾斜度,旋轉載物臺可以使樣品發(fā)生轉動?？傊?它是十九世紀中性能最好的顯微鏡,也是歷史上最精美的顯微鏡9。5 二十世紀的顯微鏡5.1 James Swift與Son的雙目解剖顯微鏡 在二十世紀初出現(xiàn)了雙目顯微鏡.這種顯微鏡比起傳統(tǒng)的單目顯微鏡來明顯的好處就是觀察者可以有更廣闊的視野而且也更加附和人的視覺習慣,使眼部疲勞減輕.在這種顯微鏡的鏡身內(nèi)裝有一個精巧的玻璃棱鏡,它使從物鏡來的光束分為兩道并

14、且改變方向(使光束與地面成一定的角度,而不是原來的與地面垂直的方向.),分別進入人的兩只眼睛.這種結構被后來的高級顯微鏡廣為采用10。5.2 功能強大的電子顯微鏡1933年,德國人魯斯卡(Ruska)設計制造了第一臺電子顯微鏡.其性能遠遠超過了光學顯微鏡.后來經(jīng)過人們的努力,電子顯微鏡的分辨率由最初的500納米(百萬分之五米)提高到現(xiàn)在的1埃(十億分之一米);放大率已達到幾十萬倍以上.從50年代開始,研究者們應用電子顯微鏡相繼取得了很多重要成就.可以說,電子顯微鏡的出現(xiàn)大大推動了人類的科學研究11。6 結論總觀顯微科學四百多年的歷史,我們可以看到,任何一個學科的發(fā)展都離不開其它學科的支持。各種

15、學科的互相穿插,交融在今天的科學研究中已顯得越來越重要。這是社會發(fā)展的必然結果,是不可阻擋的潮流。通過了解顯微鏡的發(fā)展歷程，今后能更好地改良顯微鏡，使其更造福于我們的社會。參考文獻：1章曉中.電子顯微分析.清華大學出版社，2006.122張景強.生物電子顯微技術.中山大學出版社，1987.123Lamaze M.Microscopic analysis of the influence of multiple thermal cycles on simulated has toughness in p91 steel. ARCHIVES OF METALLURGY AND MATERIALS,

16、 2008(53):1025-1034.4Hayashida, Misa .Measurement of precision for developing automatic transmission electron microscope. SURFACE AND INTERFACE ANALYSIS, 20085Wang TT. A study on the dissymmetrical microporous layer structure of a direct methanol fuel cell. ELECTROCHIMICA ACTA , 2008(54): 781-785.6蘇

17、顯渝.信息光學.科學出版社，2005.7Kawasaki, Tadahiro.Aberration analysis of Cs -corrector system with twin hexapoles and transfer lens doublet in scanning transmission electron microscope by simple ray tracing based on geometrical optics. SURFACE AND INTERFACEANALYSIS, 2008(40): 1732-1735. (40) 1777-1780.8Ueda, Kouta .First observation of