" Δεν υπάρχει λειτουργία χωρίς ανατομία ". Ο Camillo Golgi, βραβευμένος με Νόμπελ Ιατρικής το 1906, έγραψε αυτό στα τέλη του XNUMXου αιώνα για τις μελέτες του πάνω στα κεντρικά και περιφερικά νευρικά κύτταρα. Με άλλα λόγια, η συνάρτηση αναδιαμορφώνει το σχήμα των κυττάρων και επομένως οι μικροσκοπικές παρατηρήσεις γίνονται απαραίτητες για την κατανόηση των φυσιολογικών μηχανισμών της.
Δεν είναι τυχαίο ότι ο πρώτος άνθρωπος που κατάλαβε ότι τα νεύρα αποτελούνταν από ένα σύνολο καλωδίων και δεν αντιπροσώπευαν ένα είδος καναλιού με μια μαλακή ουσία μέσα, όπως στην περίπτωση των αιμοφόρων αγγείων, ήταν ο Anton Van Leeuwenhoek το 1715.
Ο Leeuwenhoek και το μικροσκόπιο
leeuwenhoek, Ολλανδός οπτικός και φυσιοδίφης, αναγνωρίζεται ως ο εφευρέτης του οπτικού μικροσκοπίου. αυτός λοιπόν που παρατήρησε πρώτος με οξεία και ακρίβεια κάποια φυσικά φαινόμενα όπως η κυκλοφορία των ερυθρών αιμοσφαιρίων στα τριχοειδή αγγεία, η ύπαρξη ανδρικών γεννητικών κυττάρων, η πρώτη ακριβής αναγνώριση η ελασματική δομή του φακού, η ανακάλυψη πρωτόζωων και βακτηρίων που ονομάζονται «μικρά ζώα». Προφανώς δεν ήταν μόνο η διαθεσιμότητα των καλύτερων οπτικών φακών της εποχής, τους οποίους κατασκεύασε και ο ίδιος.
Έτσι έγραψε ο Leeuwenhoek σε μια επιστολή προς τη Βασιλική Εταιρεία του Λονδίνου το 1692, απαντώντας στην κριτική από ορισμένους συγχρόνους του:
Ξέρω πολύ καλά, αξιότιμοι κύριοι, ότι οι αναφορές που σας γράφω και σας στέλνω κατά καιρούς δεν συμφωνούν πάντα μεταξύ τους και ότι μπορούν να βρεθούν αντιφάσεις σε αυτές. με το οποίο θέλω να πω για άλλη μια φορά ότι έχω τη συνήθεια να εμμένω στα δεδομένα που έχω μέχρι να ενημερωθώ καλύτερα ή μέχρι οι παρατηρήσεις μου να με οδηγήσουν αλλού. και δεν θα ντραπώ ποτέ να αλλάξω τη μέθοδο μου.
Έτσι γεννήθηκε η σύγχρονη μικροσκοπία, δηλαδή η μελέτη της φύσης σε μικρές ποσότητες, που αποτελεί ακόμη και σήμερα ένα από τα κύρια μέσα διερεύνησης της σύγχρονης επιστημονικής έρευνας. Αλλά για να κατανοήσουμε καλύτερα τη γέννηση και την εξέλιξη αυτής της επιστήμης, πρέπει να αναφερθούμε στις πολυάριθμες διαισθήσεις και ανακαλύψεις που από τις πρώτες προσπάθειες στην Αρχαιότητα διαμόρφωσαν την ανάπτυξη αυτού του κλάδου μέχρι τις εκπληκτικές παρατηρήσεις της σύγχρονης επιστήμης.
Φως στην Ελληνική και Ισλαμική παράδοση
Αν και το μικροσκόπιο είναι μια σχετικά πρόσφατη εφεύρεση, η μελέτη των φαινομένων φωτός έχει ενδιαφέρει πολλά από τα μεγάλα μυαλά της Αρχαιότητας και έχει προκαλέσει συζητήσεις μεταξύ διαφορετικών σχολών σκέψης. Το οφείλουμε ήδη σε μεγάλους στοχαστές όπως ο Αριστοτέλης ή ο Ευκλείδης, που έζησαν μεταξύ του IV και του III αιώνα π.Χ., του οποίου την πρώτη επισημοποίηση έχουμε γραπτές αποδείξεις για την έννοια της όρασης και των ακτίνων φωτός. Ήδη τον XNUMXο αιώνα π.Χ. Γ. η χρήση των περίφημων φλεγόμενων κατόπτρων του Αρχιμήδη έγινε διάσημη κατά τον Δεύτερο Πουνικό Πόλεμο, αν και δεν έχει ακόμη αποδειχθεί ιστορικά.
Ρώμη
Τα πιο τεκμηριωμένα παραδείγματα από αυτή την άποψη είναι αυτά που προέρχονται από τον ρωμαϊκό κόσμο. Στην πραγματικότητα, η χρήση που έκαναν οι αρχαίοι Ρωμαίοι από περισσότερο ή λιγότερο πεπλατυσμένες γυάλινες σφαίρες για να συγκεντρώνουν τις ακτίνες του ήλιου και να αποκτούν φωτιά είναι ευρέως διαπιστευμένη εδώ και πολύ καιρό. Η τεχνολογία των φακών φαίνεται να είναι ακόμη παλαιότερη από τον ρωμαϊκό πολιτισμό, όπως μαρτυρούν τα ευρήματα από την Κνωσό, τα οποία χρονολογούνται στην Εποχή του Χαλκού, περίοδο μεταξύ 3500 και 1200 π.Χ. ντο.
Πομπηία
Εκτός από κρυστάλλινα πρίσματα εξαιρετικής ακρίβειας και κανονικότητας (που χρησιμοποιούνται για τη διάσπαση του φωτός στα χρώματα του φάσματος), προέρχονται επίσης από τις ανασκαφές του αρχαία Πομπηία μικρά στρογγυλά αγγεία, ελαφρώς κυρτά, ικανά να παρέχουν καθαρή και μεγεθυμένη εικόνα. Δυστυχώς, δεν υπάρχουν σχεδόν καθόλου λογοτεχνικές πηγές που να μιλούν για αυτά τα αντικείμενα ως εργαλεία όρασης. Το παρέδωσε ο Πλίνιος ο Πρεσβύτερος όταν ο αυτοκράτορας Νέρων, ίσως μυωπικός, συνήθιζε να παρακολουθεί αγώνες μονομάχων κοιτάζοντάς τους μέσα από ένα μεγάλο γυαλισμένο σμαράγδι.
Ottics και Catoptrics
Επιστρέφοντας στον Ευκλείδη, σημειώνουμε ότι ήταν ο συγγραφέας των διάσημων πέντε αξιωμάτων της γεωμετρίας που περιέχουν τις έννοιες του σημείου, της ευθείας και του επιπέδου. Αυτές οι θεμελιώδεις έννοιες ενώθηκαν το έργο Ottica e Catoptrica όπου περιέχονται στοιχεία προοπτικής, η μελέτη της ανάκλασης σε επίπεδα και σφαιρικά κάτοπτρα και, για πρώτη φορά, ορίζεται η έννοια της οπτικής ακτίνας χωρίς φυσική δομή. Αυτό επιτρέπει στον Ευκλείδη να επεκτείνει την τυπική μέθοδο των γεωμετρικών επιδείξεων στο πεδίο των φωτεινών φαινομένων.
Η φύση αυτών των αξιωμάτων, ωστόσο, εξαρτάται έντονα από την ιδέα ότι η όραση λαμβάνει χώρα από ακτίνες που εκπέμπονται από το μάτι: η εξωφρενική θεωρία του φωτός. Για να φτάσουμε σε μια πιο εξελιγμένη θεωρία της όρασης, ήταν απαραίτητο να περιμένουμε μέχρι τον 965ο αιώνα, με τις θεωρίες του Άραβα Αλχαζέν (1039-XNUMX). Σύμφωνα με τον Alhazen, το μάτι δεν μπορεί να «νιώσει» το αντικείμενο παρά μόνο με ακτίνες που σας στέλνει με πεπερασμένη ταχύτητα. το φως πρέπει να έχει πραγματική ύπαρξη γιατί όταν είναι πολύ έντονο μπορεί να βλάψει τα μάτια και να δημιουργήσει δευτερεύουσες εικόνες.
Η εφεύρεση του μικροσκοπίου
Θα χρειαστεί να περιμένουμε μέχρι την εποχή του Μπαρόκ για να δούμε τη γέννηση του πραγματικού πρόδρομου μικροσκοπίου των σύγχρονων. Ο 1609ος αιώνας είναι μια γόνιμη περίοδος σε πολλές χώρες για την επιστήμη γενικότερα, στην πραγματικότητα πρέπει να πούμε ότι είδε μια πραγματική επιστημονική επανάσταση με τον Bacon, τον Boyle, τον Copernicus, τον Leibniz και πολλούς άλλους. Ωστόσο, πρέπει να ειπωθεί ότι στην ιστορία της μικροσκοπίας δεν υπάρχει καμία σημαντική ημερομηνία συγκρίσιμη με το XNUMX, το έτος κατά το οποίο Galileo Galilei (1564-1642) κατασκευάστηκε με ένα υποτυπώδες τηλεσκόπιο.
υφασματοποιοί και μικροσκόπια
Επιπλέον, δεν είναι τυχαίο ότι η Ολλανδία ήταν το λίκνο ενός οργάνου όπως το μικροσκόπιο, καθώς τον XNUMXο αιώνα αυτή η χώρα αντιπροσώπευε ένα σημαντικό εμπορικό σταυροδρόμι για τον κλάδο της κλωστοϋφαντουργίας και, ταυτόχρονα, για την παραγωγή κεραμικών και μαγιόλικας. . Από αυτά τα τελευταία εργαστήρια, ίσως ως δευτερεύον προϊόν της παραγωγικής διαδικασίας, κατά πάσα πιθανότητα ήρθαν οι σταγόνες λιωμένου γυαλιού που Οι παραγωγοί υφασμάτων χρησιμοποιούνται ως μικροί μεγεθυντικοί φακοί για τον καλύτερο έλεγχο της υφής κατά τη φάση παραγωγής. Αυτή ήταν η πρώτη χρήση που ο Antoni Van Leeuwenhoek (1632-1723), αρχικά διευθυντής καταστήματος υφασμάτων, κατασκευασμένος από στερεοποιημένες γυάλινες χάντρες. αργότερα, πιθανότατα ακολουθώντας το ενδιαφέρον του για τις φυσικές επιστήμες στις οποίες είχε φυσική τάση.
Επομένως, το Van Leeuwenhoek μπορεί να θεωρηθεί το πρώτο μικροσκόπιο, αφού σχεδιάστηκε και βελτιστοποιήθηκε ειδικά για χρήση για σκοπούς επιστημονικής έρευνας. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι αναφέρθηκε εκείνη την εποχή ως ο λαμπρός ερευνητής που
Η […] έχει σχεδιάσει μικροσκόπια που ξεπερνούν κατά πολύ αυτά που έχουν δει μέχρι τώρα…
Στην πραγματικότητα, το μικροσκόπιο του Leeuwenhoek αποτελείται από έναν μόνο φακό τοποθετημένο σε μεταλλικό στήριγμα εξοπλισμένο με ειδική θήκη δείγματος με ρυθμιζόμενη εστίαση μέσω ενός μηχανισμού βίδας και προβλέπει τη χρήση τεχνητού φωτισμού. Αυτά τα στοιχεία, εκτός από το ότι αποτελούν, από εκείνη τη στιγμή, τα θεμέλια οποιουδήποτε οπτικού μικροσκοπίου, προϋποθέτουν μια μεθοδολογία μελέτης φυσικών φαινομένων με ήδη σύγχρονη γεύση.
Arcana Nature
Ο Leeuwenhoek καλύφθηκε με επίσημη αναγνώριση, το εργαστήριό του επισκέφθηκαν ακαδημαϊκοί και πολιτικές προσωπικότητες από όλο τον κόσμο (η περίφημη επίσκεψη του Τσάρου Πέτρου του Μεγάλου της Ρωσίας). Ο Leeuwenhoek πέθανε σε ηλικία 91 ετών, στις 26 Αυγούστου 1723, αφού είδε τη λατινική έκδοση της πλήρους συλλογής των πολλών επιστολών και εκθέσεων του, που δημοσιεύτηκε το 1722 με τον τίτλο «Arcana Naturae».
Οι προσπάθειες των μελετητών στους επόμενους αιώνες θα αφιερωθούν εξ ολοκλήρου στην κατασκευή πιο ισχυρών μικροσκοπίων και στη συστηματοποίηση, ταξινόμηση και ποσοτικοποίηση του μικροκόσμου που ανακαλύφθηκε πρόσφατα. Υπό αυτή την έννοια, η συμβολή του Άγγλου Ρόμπερτ Χουκ (1635-1703) είναι θεμελιώδης, που θυμόμαστε περισσότερο για τις μελέτες του για την ελαστικότητα παρά για αυτές της οπτικής μικροσκοπίας. Ο Hooke, ένας ολοκληρωμένος μελετητής, έκανε βελτιώσεις στο μικροσκόπιο, προσαρμόζοντάς του νέα οπτικά συστήματα και ένα νέο σύστημα φωτισμού. Αυτό του επέτρεψε να κάνει μια σειρά από ανακαλύψεις, όπως τις κοιλότητες στο φελλό, που χωρίζονται από τοίχους, τις οποίες ονόμασε κύτταρα. Σε διαμάχη με τον Ισαάκ Νεύτωνα, πιθανώς τον μεγαλύτερο επιστήμονα της εποχής, υποστήριξε την ιδέα μιας κυματικής θεωρίας του φωτός σε αντίθεση με τη σωματιδιακή θεωρία.
Η εξέλιξη της μικροσκοπίας μεταξύ του XNUMXου και του XNUMXου αιώνα: από το οπτικό μικροσκόπιο στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο
Οι βελτιώσεις που εισήχθησαν σταδιακά στα σύνθετα μικροσκόπια που κατασκευάστηκαν τον XNUMXο αιώνα αφορούσαν ουσιαστικά τη μηχανική δομή. Αν και είχε σημειωθεί κάποια πρόοδος στην τεχνικές κατασκευής φακών, η οπτική απόδοση ήταν ακόμα κακή. Αυτό οφειλόταν τόσο στην ποιότητα του γυαλιού όσο και σε δύο σοβαρά ελαττώματα στους φακούς: τη σφαιρική εκτροπή και τη χρωματική εκτροπή, που είχαν ως αποτέλεσμα θολές και ιριδίζουσες εικόνες.
Επιπλέον, κάθε βελτίωση γινόταν πάντα και μόνο σε εμπειρική βάση και επομένως Ήταν χειροποίητα προϊόντα.. Για να διορθωθούν, αυτές οι εκτροπές απαιτούν τη σύζευξη πολλών φακών και, ως εκ τούτου, μόλις στα μέσα του XNUMXου αιώνα μπορούσαν να υλοποιηθούν τέτοια συστήματα.
Ερνστ Άμπε
Από εκείνη τη στιγμή, οι θεωρητικές σπουδές και η τεχνολογική πρόοδος πήγαιναν χέρι-χέρι. Η πιο αντιπροσωπευτική φυσιογνωμία αυτής της περιόδου ήταν ο Γερμανός Ernst Abbe (1840-1905), ο οποίος μετέτρεψε το μικροσκόπιο από ποιοτικό σε ποσοτικό όργανο; πολλές από τις αρχές στις οποίες βασίζεται η σύγχρονη τεχνολογία των οπτικών μικροσκοπίων και των φακών γενικότερα οφείλονται σε αυτόν. Ο Abbe συνεργάστηκε με τον Carl Zeiss (1816-1888) στα περίφημα εργαστήρια οπτικών Jena.
Πήρε την έκφραση, που φέρει το όνομά του (αριθμός Abbe), για να χαρακτηρίσει τη διασπορά του γυαλιού και συνέδεσε την ανάλυση ενός αντικειμενικού μικροσκοπίου ως συνάρτηση του αριθμητικού του ανοίγματος. πολλές από τις αρχές στις οποίες βασίζεται η σύγχρονη τεχνολογία των οπτικών μικροσκοπίων και των φακών γενικότερα οφείλονται σε αυτόν. Ο Abbe συνεργάστηκε με τον Carl Zeiss (1816-1888) στα περίφημα εργαστήρια οπτικών Jena.
August Kohler
Από το 1900 ο August Kohler (1866-1948) εργάστηκε επίσης στην Jena, ο οποίος ασχολήθηκε με τη μικροφωτογραφία και τελειοποίησε ένα παγκοσμίως υιοθετημένο σύστημα φωτισμού για μικροσκόπια. Στα τέλη του XNUMXου αιώνα υπήρχαν ήδη στην αγορά εξαιρετικά ίσια και ανεστραμμένα όργανα.
Το 1903 ο Richard Zsigmondy (1865-1929) ανέπτυξε το λεγόμενο υπερμικροσκόπιο, το οποίο επιτρέπει τη μελέτη κολλοειδών σωματιδίων με διαστάσεις μικρότερες από το μήκος κύματος του φωτός. και στις δεκαετίες που ακολούθησαν ο ρυθμός δεν επιβραδύνθηκε: νέες τεχνικές όπως η αντίθεση φάσης, οι μέθοδοι παρεμβολής και η μικροσκοπία ανάκλασης Άνοιξαν νέα πεδία εφαρμογής ενώ τελειοποιήθηκαν και άλλες γνωστές τεχνικές, όπως ο φθορισμός, η παρεμβολή αντίθεσης και η πόλωση. ακτινοβολία.
ηλεκτρονική μικροσκοπία
Ήδη στη δεκαετία του 30, με τον ορισμό των στοιχειωδών σωματιδίων όπως το ηλεκτρόνιο και την εισαγωγή του δυϊσμού κύματος/σωματιδίου για να εξηγηθεί η συμπεριφορά τους, οι καιροί είχαν ωριμάσει επειδή τα όρια στη χωρική ανάλυση των οπτικών μικροσκοπίων, που επιβάλλονται από το μήκος κύματος του φωτός , θα μπορούσε να ξεπεραστεί στο πλαίσιο μιας εντελώς νέας προοπτικής: της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας. Το πρώτο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο κατασκευάστηκε το 1933 από τους Γερμανούς φυσικούς Ernst Ruska (1906-1988) και Max Knoll (1897-1969). Ο ίδιος ο Ruska, πολλά χρόνια αργότερα, θα αναφερόταν σε εκείνες τις εποχές ως μια γόνιμη περίοδο μελέτης και έρευνας:
Μετά την αποφοίτησή του (1931), η οικονομική κατάσταση στη Γερμανία είχε γίνει πολύ δύσκολη και δεν φαινόταν δυνατό να βρεθεί μια ικανοποιητική θέση στο πανεπιστήμιο ή στη βιομηχανία. Ως εκ τούτου, ήμουν στην ευχάριστη θέση να συνεχίσω τη δραστηριότητά μου δωρεάν ως διδάκτορας στο Ινστιτούτο Υψηλής Τάσης…” .
Τέλη XNUMXου αιώνα και μικροσκοπία ανιχνευτή σάρωσης
Εξακολουθεί να είναι η προοδευτική συστηματοποίηση των νόμων της κβαντικής μηχανικής που προτείνει νέες λύσεις για τη διερεύνηση του μικροσκοπικού κόσμου με όλο και μεγαλύτερη λεπτομέρεια, ακόμη και στο σημείο να αποκαλυφθεί η οικεία φύση του, δηλαδή μόρια και άτομα. Σε αντίθεση με ό,τι συνέβη πριν, στη δεκαετία του 1980 αναπτύχθηκαν ορισμένες σπουδαίες ιδέες σε περιβάλλοντα που ήταν ήδη πνευματικά ανοιχτά και, αυτό που δεν είναι πολύ κακό, επαρκώς προικισμένα με ανθρώπινους, τεχνολογικούς και οικονομικούς πόρους.
Τζορτζ Γκάμοου
Από την ιδέα του George Gamow (ήδη ανακάλυψε τη λεγόμενη Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου) για την ύπαρξη του φαινομένου της σήραγγας, που διατυπώθηκε το 1928, δύο Γερμανοί φυσικοί, ο Gerd Binnig (1947) και ο Heinrich Rohrer (1933- 2013) συνελήφθη το 1981, ενώ εργαζόταν στα ερευνητικά εργαστήρια της IBM στη Ζυρίχη, το πρώτο μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας.
Αυτό το μικροσκόπιο χρησιμοποιεί έναν ανιχνευτή λεπτής βελόνας για να ανιχνεύσει ένα ασθενές ηλεκτρικό ρεύμα μεταξύ του ανιχνευτή και της επιφάνειας του δείγματος που μελετάται, το οποίο μπορεί να διερευνηθεί σε ανάλυση θεωρητικά μικρότερη από το μέγεθος των ατόμων και των μορίων. Αυτή η ανακάλυψη χάρισε στους ανακαλυπτές της το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 1986. Είναι πολύ αξιοσημείωτο ότι το βραβείο απονεμήθηκε, μάλλον αργά, και στον Ενρστ Ρούσκα. "Για το θεμελιώδες έργο του στην οπτική ηλεκτρονίων και για το σχεδιασμό του πρώτου ηλεκτρονικού μικροσκοπίου".
μικροσκοπία σάρωσης
Στο ίδιο πλαίσιο, αλλά με βάση την ηλεκτρική δύναμη που ασκούν τα άτομα μιας επιφάνειας σε έναν μικρό ανιχνευτή τοποθετημένο κοντά, εφευρέθηκε το Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης (1982) (με τη συνεργασία του ίδιου του Binning), του οποίου η δημιουργία βασίζεται στην κοινή συνεισφορά άλλων μελετητών, συμπεριλαμβανομένων των Calvin Quate (1923-2019) και Christoph Gerber (1942). Αυτό το μικροσκόπιο κατέστησε δυνατή την επέκταση της εφαρμογής του μικροσκοπία ανιχνευτή σάρωσης σε μια ευρεία κατηγορία δειγμάτων, συμπεριλαμβανομένων των βιολογικών.
Λόγω του μεγάλου φάσματος παραλλαγών και εφαρμογών της, αυτή η τεχνική είναι σήμερα, κατά πάσα πιθανότητα, η πιο ευέλικτη για τη μελέτη επιφανειών στον τομέα της νανοτεχνολογίας. Σήμερα, στην πραγματικότητα, τα μικροσκόπια στοχεύουν στη λήψη ολοένα και πληρέστερων πληροφοριών για τη φύση των επιφανειών και τα σύγχρονα μικροσκόπια ενσωματώνουν, στο ίδιο όργανο, διαφορετικές τεχνικές για να προσαρμόζονται στη μελέτη δειγμάτων διαφορετικής φύσης.
Από την αναγέννηση της οπτικής στο νανοσκόπιο
Η ανάπτυξη των πηγών λέιζερ που έλαβε χώρα στο δεύτερο μισό του XNUMXου αιώνα αντιπροσώπευε μια νέα εξέλιξη ενός πιο κλασικού οπτικού πεδίου, στην πραγματικότητα μπορεί να ειπωθεί ότι αποτέλεσε τη σημαντικότερη ανακάλυψη στην οπτική μετά από αυτή των ακτίνων Χ. χαρακτηριστικά του φωτός λέιζερ (ακραία συνοχή, υψηλή ένταση και μονού μήκους κύματος) επιτρέπουν αποφυγή φαινομένων εκτροπών και περιθλάσεων χαρακτηριστικό του φωτός που παράγεται από τους παραδοσιακούς λαμπτήρες πυρακτώσεως.
Το 1955, με αφορμή τη διδακτορική του διατριβή στα μαθηματικά, ο Marvin Lee Minsky (1927-2016), ένας από τους ιδρυτές της τεχνητής νοημοσύνης, διατύπωσε τη θεωρία για το ομοεστιακό μικροσκόπιο, ένα οπτικό όργανο με άνευ προηγουμένου ανάλυση και ποιότητα εικόνας για την εποχή. Όπως λέει και ο ίδιος:
Το 1956, κατοχύρωσα με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το ομοεστιακό μικροσκόπιό μου, αλλά το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας έληξε προτού κάποιος κατασκευάσει ένα δεύτερο. Δεν μπήκαμε καν στον κόπο να πατεντάρουμε την οθόνη ή το λογότυπο, νομίζοντας ότι ήταν εντελώς προφανείς εφευρέσεις. Φαίνεται ότι το προφανές δεν έχει σχέση με το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας.
ομοεστιακό μικροσκόπιο
Ένα ομοεστιακό μικροσκόπιο διαφέρει δομικά από το παραδοσιακό μικροσκόπιο φθορισμού με τη χρήση της πηγής λέιζερ αλλά κυρίως από την παρουσία ενός διαφράγματος κατά μήκος της οπτικής διαδρομής που επιτρέπει τον αποκλεισμό του σήματος που προέρχεται από τα τμήματα πάνω και κάτω από την εστία του δείγματος. παρέχοντας μια εικόνα για πρώτη φορά με τρισδιάστατες πληροφορίες. Στην πραγματικότητα, το ομοεστιακό μικροσκόπιο εισέρχεται στα εργαστήρια μόνο στα τέλη της δεκαετίας του 80, όταν η τεχνολογία λέιζερ και υπολογιστών γίνονται σχετικά προσβάσιμα και αρκετά ισχυρά. Αυτή τη στιγμή είναι ένα θεμελιωδώς σημαντικό εργαλείο στη βιοϊατρική επιστημονική έρευνα.
Το ομοεστιακό μικροσκόπιο αντιπροσωπεύει, για τον τομέα της οπτικής, όχι έναν τεχνολογικό στόχο, αλλά ένα σημείο εκκίνησης για την άνθηση νέων ερευνητικών τεχνικών που βασίζονται στην τεχνολογία λέιζερ και χρήση νέων φθοριζόντων δεικτών, όπως η μικροσκοπία TIRF (Ολική εσωτερική ανάκλαση φθορισμού), η απεικόνιση ζωντανών κυττάρων, η ομοεστιακή φασματική μικροσκοπία, η χρήση διαφορετικών τεχνικών απεικόνισης, μορφολειτουργική ανάλυση συμπεριλαμβανομένων των FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching), FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer), FLIM (Fluorescence Lifetime Imaging), FCS (Fluorescent Correlation Spectroscopy) και τέλος η χρήση λέιζερ πολλαπλών φωτονίων για να επιτευχθεί σημαντική αύξηση στη διείσδυση ισχύος του φωτός στο δείγμα .
μικροσκόπιο STED
Τα πρώτα χρόνια αυτού του αιώνα χαρακτηρίζονται επίσης από την ανάπτυξη έξυπνων νέων ιδεών που έχουν ωθήσει την οπτική ανάλυση πέρα από τα όρια που επιβάλλει η φύση του φωτός. Στην πραγματικότητα, μιλάμε για σούπερ ανάλυση, που επιτυγχάνεται χάρη σε τρεις βασικές διαφορετικές προσεγγίσεις: lΤο μικροσκόπιο STED αναπτύχθηκε από τον Stefan Hell (1962), Βραβείο Νόμπελ Χημείας το 2014, δομημένο μικροσκόπιο φωτός που οφείλει τη γέννησή του στον Mats Gustafsson (1960-2011). ), και μικροσκοπία εντοπισμού, που εισήχθη στα εργαστήρια του Χάρβαρντ από τον Xiaowei Zhuang (1972), ικανή να απεικονίσει ένα μόνο μόριο με ανάλυση 10 φορές μεγαλύτερη από την παραδοσιακή οπτική μικροσκοπία.
Η εισαγωγή τεχνικών υπερ-ανάλυσης οδήγησε σε σύγχρονα μικροσκόπια φωτός, τα οποία μπορούν επομένως εύλογα να ονομαστούν «νανοσκόπια». διάλογος όλο και περισσότερο με ηλεκτρονικά μικροσκόπια για καλύτερη ενοποίηση των μορφολογικών αναλύσεων. Σήμερα, το μικροσκόπιο είναι ένα αναντικατάστατο εργαλείο στο εργαστήριο και έχει γίνει το ίδιο το σύμβολο της επιστημονικής έρευνας.
Το μέλλον της μικροσκοπίας
Το μικροσκόπιο ήταν αναμφίβολα μια από τις μεγαλύτερες επαναστάσεις στην ιστορία της επιστήμης, σηματοδοτώντας τη γέννηση της μικροβιολογίας, της κυτταρολογίας και της κυτταρικής βιολογίας. Τα τεράστια άλματα που έχει κάνει η ιατρική έρευνα τα τελευταία 100-150 χρόνια, με όλα όσα ακολούθησαν, θα ήταν αδιανόητα χωρίς το μικροσκόπιο.
Τα νέα σύνορα της τεχνολογίας βλέπουν ήδη το πάντρεμα μεταξύ των πληροφοριών που παράγονται από τα μικροσκόπια και της χρήσης της τεχνητής νοημοσύνης. Αυτή η νέα πειθαρχία, που ονομάζεται Βαθιά μάθηση, είναι σε θέση να αναλύει εικόνες που λαμβάνονται με μικροσκόπια και μπορεί να αλλάξει ριζικά τη μικροσκοπία και να ανοίξει το δρόμο για νέες ανακαλύψεις. Αλλά ο Mats Gustafsson, ένας από τους πατέρες της σούπερ ανάλυσης, τα είχε ήδη συνειδητοποιήσει όλα αυτά όταν είπε: «Μόλις προστεθεί ένας υπολογιστής μεταξύ του μικροσκοπίου και του ανθρώπινου παρατηρητή, όλο το παιχνίδι αλλάζει. Εκείνη τη στιγμή, ένα μικροσκόπιο δεν είναι πλέον μια συσκευή που πρέπει να δημιουργήσει μια άμεσα ερμηνεύσιμη εικόνα. Τώρα είναι μια συσκευή για την καταγραφή πληροφοριών».
Σε αυτό το σημείο, θα ήταν θεμιτό να αναρωτηθούμε πόσο μακριά είναι δυνατόν να προχωρήσουμε στην έρευνα και τη μελέτη της μικροσκοπίας: ο μικροσκοπικός κόσμος αποτελεί μια σχεδόν ανεξάντλητη δεξαμενή πληροφοριών: Η ύλη έχει δομικές, χημικές και φυσικές ιδιότητες που αντανακλούν το αποτύπωμα που δίνουν οι θεμελιώδεις σταθερές και την ομοιογένεια των φυσικών νόμων προέκυψε στις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος και οι πιθανές παραλλαγές, οι περισσότερες από τις οποίες είναι ακόμα πέρα από την κατανόησή μας, αποτελούν την αφάνταστη ποικιλία του κόσμου που παρατηρούμε.
