Микроскоп: устройство и история¶

Микроскоп — оптический прибор для получения увеличенного изображения объектов, неразличимых или плохо различимых невооружённым глазом. Относится к классу увеличительных приборов; ключевые характеристики — увеличение, разрешающая способность и контраст. Применяется в биологии, медицине, материаловедении, геологии, криминалистике и технике.

¶История

Простейшие увеличительные линзы были известны ещё в античности: о «зажигательных стёклах» упоминали Аристофан и Плиний Старший. Первые составные микроскопы появились в Европе в конце XVI века; авторство приписывают нидерландским мастерам Хансу Янсену и его сыну Захарию (около 1590 года). Термин «микроскоп» ввёл в 1625 году немецкий ботаник Иоганн Фабер.

Значительный вклад внёс Роберт Гук: в книге «Микрография» (1665) он опубликовал зарисовки клеток пробки и ввёл понятие «клетка». Антони ван Левенгук в 1670-х годах построил однолинзовые микроскопы с увеличением до 270 раз и первым описал бактерии и простейших.

В России первые микроскопы появились в XVII веке; в 1725 году их начали изготавливать в мастерских Петербургской академии наук. В 1830-х годах российский мастер Иван Кулибин сконструировал однолинзовый микроскоп оригинальной формы.

¶Устройство

Типичный оптический микроскоп включает:

объектив — линзовая система, обращённая к объекту, формирующая увеличенное изображение;
окуляр — линза, через которую наблюдает оператор;
тубус — трубка, соединяющая объектив и окуляр;
предметный столик — площадка для образца;
осветитель — источник света (зеркало, лампа, светодиод);
конденсор и диафрагма — регулируют освещение;
механизм фокусировки — макро- и микровинты.

Общее увеличение равно произведению увеличений объектива и окуляра. Разрешающая способность определяется длиной волны света и числовой апертурой объектива; для видимого света предел составляет около 0,2 мкм.

¶Виды

Оптические (световые) — наиболее распространённые; работают в проходящем или отражённом свете.
Стереомикроскопы — дают объёмное изображение, применяются при сборке и пайке.
Поляризационные — исследуют анизотропные объекты (минералы, кристаллы).
Фазово-контрастные и интерференционные — позволяют изучать прозрачные объекты без окрашивания.
Люминесцентные (флуоресцентные) — регистрируют свечение образца.
Электронные — используют поток электронов; просвечивающие дают увеличение до миллионов раз, растровые формируют изображение поверхности.
Сканирующие зондовые (туннельные, атомно-силовые) — позволяют визуализировать отдельные атомы.
Рентгеновские — применяются для исследования кристаллических структур.

¶Применение

В биологии и медицине микроскопы используют для изучения клеток, тканей, микроорганизмов, диагностики заболеваний, анализа крови. В материаловедении — для контроля структуры металлов, сплавов, полимеров, полупроводников. В геологии и минералогии — для определения состава пород. В криминалистике — для исследования следов и микрочастиц. В образовании микроскоп остаётся базовым инструментом лабораторных работ.

¶Значение и развитие

Современные микроскопы часто оснащаются цифровыми камерами, системами анализа изображений и программным обеспечением для автоматической обработки данных. Развитие нанотехнологий, биологии и медицины стимулировало создание гибридных и сверхразрешающих систем, за которые в 2014 году была присуждена Нобелевская премия по химии. Микроскопия остаётся одной из фундаментальных методик естественных наук.

Источники: Большая российская энциклопедия; «Микрография» Р. Гука; труды А. ван Левенгука; учебные курсы по общей биологии и оптике.