顯微鏡：打開微觀世界的大門

周敏玲

提及顯微鏡，可能很多同學(xué)都認(rèn)識，并且借助顯微鏡觀察過微觀的物體。顯微鏡把人類帶入了大自然中另一個奇妙的世界。它是窺探微觀世界奧秘的“眼睛”，是開啟微觀世界大門的“金鑰匙”。那顯微鏡是怎樣被發(fā)明出來的呢？第一個發(fā)明顯微鏡的人又是誰呢？今天，我們就詳細(xì)具體地為同學(xué)們介紹一下顯微鏡的發(fā)明與發(fā)展史。

可放大物體的玻璃“鏡片”

自玻璃被發(fā)明以后，羅馬人用各種形狀的透明玻璃來做實(shí)驗，其中就有邊緣薄、中間厚的玻璃。他們發(fā)現(xiàn)，如果把“鏡片”放在物體上，物體看起來變大了。這些所謂的“鏡片”其實(shí)并不是現(xiàn)代意義上的鏡片，應(yīng)該叫放大鏡或凸透鏡。

1590年 詹森父子發(fā)明復(fù)式顯微鏡

大約在1590 年，荷蘭眼鏡工匠詹森和他的父親把兩片凸透鏡放到圓形管里，然后一項重要的發(fā)明——復(fù)式顯微鏡就誕生了。

靠近管子底部的物體得到了放大，而且要比任何單個凸透鏡的放大倍率要高很多。很大程度上，他們的第一臺顯微鏡可被認(rèn)為是一種創(chuàng)新，尚不能作為科學(xué)儀器使用，因為放大倍率僅有9 倍，而且圖像有些模糊。

1660年?羅伯特·胡克發(fā)明復(fù)合顯微鏡

1660 年，羅伯特·胡克利用點(diǎn)燃的油燈發(fā)出的光經(jīng)過裝了水的玻璃，從而聚焦在標(biāo)本上，來更好地觀察標(biāo)本。1665 年，胡克自己設(shè)計制造了一架由上、下兩塊凸透鏡組成的復(fù)合顯微鏡。有一次，他從櫟樹皮上切了一片軟木薄片，并放到自己發(fā)明的顯微鏡上觀察。他觀察到了植物細(xì)胞（ 已死亡），并且覺得它們的形狀類似教士所住的單人房間。所以，他使用單人房間的“cell”一詞將植物細(xì)胞命名為“cellua”。胡克可謂是史上第一個成功觀察細(xì)胞的人。

1674年?列文虎克發(fā)明簡易實(shí)用顯微鏡

世界上第一臺真正意義上的顯微鏡出現(xiàn)在17 世紀(jì)晚期，發(fā)明者是荷蘭的布匹商人、顯微鏡之父——列文虎克。

列文虎克比同時代的人取得了更大的成就。他把一個小玻璃球磨制成了凸透鏡，放大倍數(shù)竟然達(dá)到了720 倍。要知道，當(dāng)時其他顯微鏡的放大倍數(shù)最高僅有50 倍。他用這個鏡片做成了世界上第一臺實(shí)用顯微鏡。

列文虎克用螺絲釘把一個凸透鏡連接到一個金屬固定器上，于是他的顯微鏡就做成了。列文虎克帶著他獨(dú)創(chuàng)的顯微鏡開始進(jìn)入科學(xué)界，因為他看到了別人在此之前從來都看不到的東西。在顯微鏡下，他看到了細(xì)菌、酵母、血液細(xì)胞和水中微小的浮游生物。人們從來沒有意識到顯微鏡的放大功能會幫他們發(fā)現(xiàn)事物的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)所有生命都是由很多非常細(xì)小的東西組成的。在此之前，從來沒有人會想到這一點(diǎn)。

1886年?肖特和蔡司發(fā)明現(xiàn)代復(fù)合光學(xué)顯微鏡

德國化學(xué)家肖特成功研制出供制作透鏡的優(yōu)質(zhì)光學(xué)玻璃。他和德國顯微鏡制作者卡爾·蔡司合作，建立了蔡司光學(xué)儀器廠，于1886 年生產(chǎn)出現(xiàn)代復(fù)合光學(xué)顯微鏡，達(dá)到了光學(xué)顯微鏡的分辨限度。

1932年?魯斯卡發(fā)明透射電子顯微鏡

德國物理學(xué)家恩斯特·魯斯卡發(fā)明了第一臺透射電子顯微鏡，通過發(fā)射電子穿過極薄的標(biāo)本切片而成像，能把標(biāo)本放大50 萬倍。

透射電子顯微鏡可以看到在光學(xué)顯微鏡下無法看清的小于0.2 微米的細(xì)微結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)被稱為亞顯微結(jié)構(gòu)或超微結(jié)構(gòu)。要想看清這些結(jié)構(gòu)，就必須選擇波長更短的光源，以提高顯微鏡的分辨率。

1932年，魯斯卡發(fā)明了以電子束為光源的透射電子顯微鏡。電子束的波長要比可見光和紫外線短得多，并且與發(fā)射電子束的電壓平方根成反比。也就是說，電壓越高，波長越短。透射電子顯微鏡的分辨率可達(dá)0.2 納米。

1965年?商用掃描電子顯微鏡問世

掃描電子顯微鏡是一種介于透射電子顯微鏡和光學(xué)顯微鏡之間的微觀形貌觀察儀器，其利用聚焦的很窄的高能電子束來掃描樣品，通過光束與物質(zhì)間的相互作用，來激發(fā)各種物理信息，對這些信息收集、放大，再成像，以達(dá)到對物質(zhì)微觀形貌表征的目的。

1965 年，英國劍橋科學(xué)儀器公司研制成功第一臺商用掃描電鏡， 其分辨率為 10 納米。新式的掃描電子顯微鏡的分辨率可以達(dá)到1 納米，放大倍數(shù)可以達(dá)到30 萬倍及以上連續(xù)可調(diào)，并且景深大、視野大，成像立體效果好。此外，掃描電子顯微鏡和其他分析儀器相結(jié)合，可以做到在觀察微觀形貌的同時，進(jìn)行物質(zhì)微區(qū)成分分析，在巖土、石墨、陶瓷及納米材料等研究上有廣泛應(yīng)用。

1982年?賓寧和羅雷爾發(fā)明掃描隧道顯微鏡

掃描隧道顯微鏡，亦稱為掃描穿隧式顯微鏡，是一種利用量子理論中的隧道效應(yīng)探測物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的儀器。它于1982 年由格爾德·賓寧及海因里希·羅雷爾發(fā)明。兩位發(fā)明者因此獲得了1986 年諾貝爾物理學(xué)獎。

掃描隧道顯微鏡是一種掃描探針顯微術(shù)工具，可讓科學(xué)家觀察和定位單個原子，具有比它的同類——原子力顯微鏡更加高的分辨率。此外，掃描隧道顯微鏡在低溫下（-269.15℃）可以利用探針尖端精確操縱原子。因此，它在納米科技領(lǐng)域既是重要的測量工具，也是加工工具。

顯微鏡的發(fā)展經(jīng)歷了一個漫長的過程，但正是人們對微觀世界的探索欲、對未知的渴望，促使科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步。未來，人們將會為探尋更微小的結(jié)構(gòu)而上下求索。

（責(zé)任編輯：陸艷）