История микроскопии. Развитие лабораторного микроскопа

История микроскопии начинается в средние века, когда плоско-выпуклые линзы использовались для чтения рукописей. Дальнейшее развитие лабораторного микроскопа нельзя приписывать одному человеку. Для создания инструмента для увеличения потребовались идеи и разработки многих ученых в течение нескольких столетий.

Микроскоп: история создания и развития в XVI-XVII столетиях 

До сих пор неизвестно, кто построил «первый микроскоп». Был ли это голландский «стеклодув» Ханс Янссен в 1590 году или итальянский астроном Галилео Галилей, преобразовавший телескоп в микроскоп в 1609 году? Также часто упоминается астроном Корнелиус Дреббель, который продемонстрировал свой «microscopium compositum» с двумя выпуклыми линзами в 1622-м. Но одно можно утверждать наверняка: в 1667 году англичанин Роберт Гук опубликовал «Микрографию» — основополагающую работу о микроскопии.

Первый микроскоп состоял из двух систем формирования изображения — объектива и окуляра, — позволяющих наблюдать за увеличенными изображениями небольших объектов. Примерно в это же время исследователи начали открывать ценность микроскопа в биологии. Голландский врач Ян Сваммердам и английский ботаник Неемия Грю впервые объединили методы срезов и микроскопию. А голландский торговец тканями и микроскопист-любитель Антони ван Левенгук научился шлифовать линзы и построил микроскоп, который давал более чем 200-кратное увеличение и гораздо более яркие изображения, чем инструменты его коллег. 

микроскоп Левенгука

микроскоп Левенгука

История изобретения микроскопа в XVIII веке: совершенствование линз

В XVIII столетии с развитием точных наук исследователи стали более требовательными к качеству стекла. В 1729 году английский юрист Честер Мур Холл создал первый «ахромат» — линзу, которая пропускает свет, не разделяя его на составляющие цвета.

В 1770 году Ян и Харманус ван Дейлы изобрели первый ахроматический объектив, а в 1774-м Бенджамин Мартин применил в микроскопе систему ахроматических линз, состоящую из коронных и кремневых стекол. Изобретение линз без хроматических аберраций сделало микроскоп ценным инструментом для научных наблюдений. 

ахроматическая линза

ахроматическая линза

Огромную лепту в развитие микроскопии внес и Йозеф Фраунгофер. Изготовитель зеркал был недоволен работой своих телескопов. Он придумал, как уменьшить оптические дефекты и дисперсию спектров, в итоге создав лучшие линзы и призмы в мире.

История открытия микроскопа в XIX веке: начало массового производства 

До середины XIX столетия микроскопы изготавливались только по индивидуальному заказу. В то время было невозможно предсказать свойства линз, считалось, что качество оптического инструмента полностью зависит от навыков конкретного изготовителя. 

Теория формирования изображения в микроскопах, разработанная физиком Эрнстом Аббе, наконец, обеспечила научную основу для крупномасштабного производства оптических инструментов. Были разработаны стандарты, которые в дальнейшем применялись многими производителями.

В 1853 году Джон Леонард Ридделл, профессор химии из Нового Орлеана, представил бинокулярный микроскоп для лабораторных исследований с одним объективом и системой призм. Призмы были расположены так, что правый глаз получал свет только от правой половины объектива и наоборот. Изображение было трехмерным, но сбивало с толку, потому что рельеф казался перевернутым.

микроскоп Джона Ридделла

микроскоп Джона Ридделла

Примерно в 1890 году американский биолог и зоолог Горацио Гриноу ввел принцип конструкции, который до сих пор используется всеми крупными производителями оптических инструментов. Стереомикроскопы, основанные на «принципе Гриноу», обеспечивают получение подлинных стереоскопических изображений высокого качества.

Микроскоп лабораторный в XX веке: флуоресценция со сверхвысоким разрешением

В первой половине XX столетия было сделано множество открытий, положивших начало современным микроскопам. В частности, были установлены фундаментальные принципы для флуоресцентной микроскопии и связанных с ней технологий, таких как двух- и многофотонная микроскопия. 

Еще одним важным событием в истории создания микроскопа оказалось изобретение Фрицем Цернике в 1941 году первой фазово-контрастной модели инструмента. Несколько лет спустя Жорж Номарски открыл еще один метод микроскопического контраста — дифференциальную интерференцию. 

В 1957 году Марвин Мински подал заявку на получение патента на конфокальную микроскопию. Позже метод был усовершенствован и стал общепринятым. В это же время Американская оптическая компания выпустила современный стереомикроскоп Cycloptic®, впоследствии используемый для модульных высокопроизводительных инструментов. Два года спустя другая американская компания, Bausch&Lomb, представила революционную инновацию — бесступенчатый переключатель увеличения (зум).

Последнее революционное достижение в микроскопии на сегодняшний день было сделано в 1990-х годах Штефаном Хеллем, который разработал методы флуоресценции сверхвысокого разрешения. Теперь благодаря этому открытию можно анализировать структуры размером до нескольких нанометров.

Стереомикроскопия сегодня

В наши дни микроскопы участвуют в производстве медицинских изделий и почти всех товаров повседневного пользования. Например, требования к качеству современных мобильных телефонов могут быть удовлетворены только с помощью стереомикроскопа. Он также используется при разработке дефибрилляторов, искусственных сердец и стентов для удержания полых органов открытыми.

Исследования и криминалистика — еще два важнейших направления, где применяется микроскоп. Он помогает получать новую информацию о качествах и процессах в биологии, а также искать доказательства преступления через изучение микроскопических волокон.

Стереопмикроскоп Leica

cтереомикроскоп Leica

Одним из самых известных производителей лабораторных микроскопов является немецкая компания Leica Microsystems. Основанная в XIX веке как семейный бизнес, сегодня она превратилась в глобальное предприятие, которое тесно сотрудничает с научными, медицинскими и промышленными сообществами. В течение более чем 170 лет Leica Microsystems предлагает большое количество инноваций (в том числе цифровых), помогая формировать будущее микроскопии.