Apa yang kita ketahui tentang mikroskop?

Mikroskop

Tidak ada fungsi tanpa anatomi ". Camillo Golgi, Hadiah Nobel Kedokteran pada tahun 1906, menulis ini pada akhir abad ke-XNUMX tentang studinya tentang sel saraf pusat dan perifer. Dengan kata lain, fungsinya membentuk kembali bentuk sel, dan oleh karena itu pengamatan mikroskopis menjadi penting untuk memahami mekanisme fisiologisnya.

Bukan kebetulan bahwa orang pertama yang memahami bahwa saraf terdiri dari sekumpulan kabel dan bukan semacam saluran dengan zat lunak di dalamnya, seperti dalam kasus pembuluh darah, adalah Anton Van Leeuwenhoek pada tahun 1715.

Leeuwenhoek dan mikroskop

leeuwenhoek, Ahli kacamata dan naturalis Belanda, diakui sebagai penemu mikroskop optik; oleh karena itu, orang yang pertama kali mengamati, secara tajam dan tepat, beberapa fenomena alam seperti sirkulasi sel darah merah di kapiler, keberadaan sel germinal laki-laki, identifikasi tepat pertama dari struktur pipih lensa, penemuan protozoa dan bakteri yang disebut “binatang kecil”. Jelas bukan hanya ketersediaan lensa optik terbaik saat itu, yang juga ia buat sendiri.

Inilah yang ditulis Leeuwenhoek dalam sebuah surat kepada Royal Society of London pada tahun 1692, menanggapi kritik dari beberapa orang sezamannya:

Saya tahu betul, Tuan-tuan yang terhormat, bahwa laporan yang saya tulis dan kirimkan kepada Anda dari waktu ke waktu tidak selalu sejalan satu sama lain, dan bahwa kontradiksi dapat ditemukan di dalamnya; di mana saya ingin mengatakan sekali lagi bahwa saya memiliki kebiasaan untuk tetap berpegang pada data yang saya miliki sampai saya mendapatkan informasi yang lebih baik atau sampai pengamatan saya membawa saya ke tempat lain; dan saya tidak akan pernah malu untuk mengubah metode saya.

Beginilah lahirnya mikroskop modern, yaitu studi tentang alam dalam jumlah kecil, yang hingga hari ini masih merupakan salah satu sarana utama penyelidikan penelitian ilmiah modern. Tetapi untuk lebih memahami kelahiran dan evolusi sains ini, kita harus merujuk pada banyak intuisi dan penemuan yang dari upaya pertama di Antiquity telah membentuk perkembangan disiplin ini hingga pengamatan sains modern yang menakjubkan.

Cahaya dalam tradisi Hellenic dan Islam

Meskipun mikroskop adalah penemuan yang relatif baru, studi tentang fenomena cahaya telah menarik minat banyak pemikir besar Antiquity dan telah menimbulkan perdebatan di antara aliran pemikiran yang berbeda; Kami sudah berhutang budi kepada pemikir besar seperti Aristoteles, atau Euclid, yang hidup antara abad IV dan III SM, yang formalisasi pertamanya telah kami tulis sebagai bukti konsep penglihatan dan sinar cahaya. Sudah di abad ke-XNUMX SM. C. penggunaan cermin terbakar Archimedes yang terkenal menjadi terkenal selama Perang Punisia Kedua, meskipun belum terbukti secara historis.

gambar mikroskop

Roma

Contoh yang paling didokumentasikan dalam hal ini adalah yang itu berasal dari dunia Romawi. Faktanya, penggunaan yang dibuat oleh orang Romawi kuno dari bola kaca yang kurang lebih diratakan untuk memusatkan sinar matahari dan mendapatkan api telah diakui secara luas sejak lama. Teknologi lensa tampaknya bahkan lebih tua dari peradaban Romawi, sebagaimana dibuktikan dengan penemuan dari Knossos, yang berasal dari Zaman Perunggu, periode antara 3500 dan 1200 SM. C.

Pompeii

Selain prisma kristal dengan presisi dan keteraturan yang luar biasa (digunakan untuk memecah cahaya menjadi warna spektrum), mereka juga berasal dari penggalian pompeii kuno kapal bulat kecil, sedikit cembung, mampu memberikan gambar yang jelas dan diperbesar. Sayangnya, hampir tidak ada sumber sastra yang menyebut benda-benda tersebut sebagai alat penglihatan. Itu diturunkan oleh Pliny the Elder ketika kaisar Nero, mungkin rabun, biasa menonton pertarungan gladiator dengan melihat mereka melalui zamrud besar yang dipoles.

Ottica dan Catoptrica

Kembali ke Euclid, kami mencatat bahwa dia adalah penulis dari lima postulat geometri terkenal yang berisi konsep titik, garis, dan bidang; Konsep-konsep dasar ini datang bersama-sama karya Ottica e Catoptrica di mana elemen perspektif terkandung, the mempelajari pemantulan pada cermin datar dan cermin bulat dan, untuk pertama kalinya, konsep sinar visual tanpa struktur fisik didefinisikan. Hal ini memungkinkan Euclid untuk memperluas metode khas demonstrasi geometris ke bidang fenomena cahaya.

Sifat aksioma ini, bagaimanapun, sangat dikondisikan oleh gagasan bahwa penglihatan terjadi oleh sinar yang dipancarkan oleh mata: teori cahaya ekstromisif. Untuk sampai pada teori penglihatan yang lebih maju, perlu menunggu sampai abad ke-965, dengan teori-teori Alhazen Arab (1039-XNUMX). Menurut Alhazen, mata tidak bisa "merasakan" objek kecuali melalui sinar yang mengirim Anda dengan kecepatan terbatas; cahaya harus memiliki keberadaan nyata karena bila sangat intens dapat merusak mata dan menghasilkan gambar sekunder.

Penemuan mikroskop

Perlu menunggu hingga era Barok untuk melihat lahirnya mikroskop pendahulu sejati dari mikroskop modern. Abad ke-1609 adalah periode yang berbuah di banyak negara untuk sains secara umum, bahkan harus dikatakan bahwa ia melihat revolusi ilmiah yang sebenarnya dengan Bacon, Boyle, Copernicus, Leibniz, dan banyak lainnya. Namun, harus dikatakan bahwa dalam sejarah mikroskop tidak ada tanggal beredar yang sebanding dengan XNUMX, tahun di mana Galileo Galilei (1564-1642) dibuat dengan teleskop yang belum sempurna.

gambar mikroskop

pembuat kain dan mikroskop

Selain itu, bukan kebetulan bahwa Belanda adalah tempat lahir alat seperti mikroskop, karena pada abad ke-XNUMX negara ini merupakan persimpangan komersial penting untuk sektor tekstil dan, pada saat yang sama, untuk produksi keramik dan majolika. . Dari bengkel-bengkel terakhir ini, mungkin sebagai produk sekunder dari proses manufaktur, kemungkinan besar akan keluar tetesan kaca cair itu produsen kain menggunakan kaca pembesar kecil untuk mengontrol tekstur dengan lebih baik selama fase produksi. Ini adalah penggunaan pertama Antoni Van Leeuwenhoek (1632-1723), awalnya seorang manajer toko kain, terbuat dari manik-manik kaca yang dipadatkan; kemudian, mungkin mengikuti minatnya pada ilmu alam yang dia sukai secara alami.

Oleh karena itu, mikroskop Van Leeuwenhoek dapat dianggap sebagai mikroskop pertama sejak itu secara khusus disusun dan dioptimalkan untuk digunakan untuk tujuan penelitian ilmiah. Tidak mengherankan, pada saat itu dia disebut-sebut sebagai peneliti brilian yang

[…] telah merancang mikroskop yang jauh melebihi yang terlihat sejauh ini…

Faktanya, mikroskop Leeuwenhoek terdiri dari satu lensa yang dipasang pada penyangga logam yang dilengkapi dengan tempat sampel khusus dengan fokus yang dapat disesuaikan melalui mekanisme sekrup, dan menyediakan penggunaan pencahayaan buatan. Elemen-elemen ini, selain merupakan, sejak saat itu, dasar dari setiap mikroskop optik, mengandaikan metodologi untuk mempelajari fenomena alam dengan cita rasa yang sudah modern.

Alam Arcana

Leeuwenhoek mendapat pengakuan resmi, laboratoriumnya dikunjungi oleh akademisi dan tokoh politik dari seluruh dunia (kunjungan terkenal Tsar Peter the Great of Russia). Leeuwenhoek meninggal pada usia 91 tahun, pada tanggal 26 Agustus 1723, setelah melihat edisi Latin dari kumpulan lengkap dari banyak surat dan laporannya, diterbitkan pada tahun 1722 dengan judul "Arcana Naturae".

Upaya para sarjana di abad-abad berikutnya akan dikhususkan sepenuhnya untuk membangun mikroskop yang lebih kuat dan untuk mensistematisasikan, mengklasifikasikan, dan mengukur dunia mikro yang baru ditemukan. Dalam pengertian ini, kontribusi orang Inggris Robert Hooke (1635-1703) sangat mendasar, lebih dikenang karena studinya tentang elastisitas daripada studi mikroskop optik. Hooke, seorang sarjana yang lengkap, melakukan perbaikan pada mikroskop, menyesuaikannya dengan sistem optik baru dan sistem penerangan baru. Ini memungkinkan dia untuk membuat serangkaian penemuan, seperti rongga di gabus, dipisahkan oleh dinding, yang disebutnya sel. Dalam kontroversi dengan Isaac Newton, mungkin ilmuwan terhebat saat itu, dia mendukung gagasan teori gelombang cahaya sebagai lawan dari teori korpuskular.

mikroskop

Evolusi mikroskop antara abad ke-XNUMX dan ke-XNUMX: dari mikroskop optik ke mikroskop elektron

Perbaikan secara bertahap diperkenalkan pada mikroskop majemuk yang dibangun pada abad ke-XNUMX pada dasarnya berkaitan dengan struktur mekanik. Meskipun beberapa kemajuan telah dibuat dalam teknik pembuatan lensa, kinerja optiknya masih buruk. Hal ini disebabkan oleh kualitas kaca dan dua kelemahan serius pada lensa: aberasi sferis dan aberasi kromatik, yang menghasilkan gambar buram dan berwarna-warni.

Selanjutnya, setiap perbaikan selalu dan hanya berlangsung atas dasar empiris dan karenanya Itu adalah produk buatan tangan.. Untuk dikoreksi, aberasi ini memerlukan penggabungan beberapa lensa dan, oleh karena itu, baru pada pertengahan abad ke-XNUMX sistem seperti itu dapat direalisasikan.

Ernst Abbe

Sejak saat itu, studi teoritis dan kemajuan teknologi berjalan seiring. Tokoh paling representatif pada periode ini adalah Ernst Abbe Jerman (1840-1905), yang mengubah mikroskop dari instrumen kualitatif menjadi instrumen kuantitatif; banyak dari prinsip-prinsip yang mendasari teknologi modern optik mikroskop dan lensa secara umum adalah karena dia; Abbe berkolaborasi dengan Carl Zeiss (1816-1888) di bengkel optik Jena yang terkenal.

Dia memperoleh ekspresi, yang menyandang namanya (Nomor Abbe), untuk mengkarakterisasi kekuatan dispersif kaca dan menghubungkan resolusi tujuan mikroskop sebagai fungsi dari bukaan numeriknya. banyak prinsip yang mendasari teknologi modern optik mikroskop dan lensa secara umum adalah karena dia. Abbe berkolaborasi dengan Carl Zeiss (1816-1888) di bengkel optik Jena yang terkenal.

Agustus Kohler

Dari tahun 1900 Agustus Kohler (1866-1948) juga bekerja di Jena, yang berurusan dengan fotografi mikro dan menyempurnakan sistem penerangan mikroskop yang diadopsi secara universal; Pada akhir abad ke-XNUMX, instrumen lurus dan terbalik yang bagus sudah ada di pasaran.

Pada tahun 1903 Richard Zsigmondy (1865-1929) mengembangkan apa yang disebut ultramicroscope, yang memungkinkan studi partikel koloid dengan dimensi lebih kecil dari panjang gelombang cahaya; dan dalam dekade-dekade berikutnya kecepatannya tidak melambat: teknik baru seperti fase kontras, metode interferensi dan mikroskop refleksi Mereka membuka bidang aplikasi baru sementara teknik terkenal lainnya disempurnakan, seperti fluoresensi, interferensi kontras, dan polarisasi. radiasi.

mikroskop elektron

Sudah di tahun 30-an, dengan definisi partikel elementer seperti elektron dan pengenalan dualisme gelombang/partikel untuk menjelaskan perilakunya, waktunya sudah matang karena batas resolusi spasial mikroskop optik, ditentukan oleh panjang gelombang cahaya. , bisa dilampaui dalam konteks perspektif yang sama sekali baru: mikroskop elektron. Mikroskop elektron pertama dibangun pada tahun 1933 oleh fisikawan Jerman Ernst Ruska (1906-1988) dan Max Knoll (1897-1969). Ruska sendiri, bertahun-tahun kemudian, menyebut masa-masa itu sebagai masa studi dan penelitian yang bermanfaat:

Setelah lulus (1931), situasi ekonomi di Jerman menjadi sangat sulit dan tampaknya tidak mungkin menemukan posisi yang memuaskan di universitas atau di industri. Oleh karena itu, saya senang dapat melanjutkan aktivitas saya sebagai mahasiswa PhD di High Voltage Institute tanpa dipungut biaya…” .

mikroskop

Akhir abad ke-XNUMX dan pemindaian probe mikroskop

Sistematisasi progresif dari hukum mekanika kuantumlah yang menyarankan solusi baru untuk menyelidiki dunia mikroskopis dengan lebih detail, bahkan sampai mengungkapkan sifat intimnya, yaitu, molekul dan atom. Berbeda dengan apa yang terjadi sebelumnya, pada tahun 1980-an beberapa ide besar dikembangkan dalam konteks yang sudah terbuka secara intelektual dan, yang tidak terlalu buruk, cukup diberkahi dengan sumber daya manusia, teknologi dan ekonomi.

George Gamow

Dari gagasan George Gamow (sudah penemu apa yang disebut Radiasi Latar Belakang Kosmik) tentang keberadaan efek terowongan, yang dirumuskan pada tahun 1928, dua fisikawan Jerman, Gerd Binnig (1947) dan Heinrich Rohrer (1933- 2013) disusun pada tahun 1981, saat bekerja di laboratorium penelitian IBM di Zurich, mikroskop tunneling pemindaian pertama.

Mikroskop ini menggunakan probe jarum halus untuk mendeteksi arus listrik yang lemah antara probe dan permukaan sampel yang dipelajari, yang dapat diselidiki hingga resolusi yang secara teoritis lebih kecil dari ukuran atom dan molekul. Penemuan ini memberi para penemunya Hadiah Nobel Fisika 1986. Sungguh luar biasa bahwa hadiah itu diberikan, agak terlambat, kepada Enrst Ruska juga. "Untuk pekerjaan mendasarnya dalam optik elektron dan untuk desain mikroskop elektron pertama".

mikroskop pemindaian

Dalam konteks yang sama, tetapi berdasarkan gaya listrik yang diberikan oleh atom-atom permukaan pada probe kecil yang ditempatkan di dekatnya, Mikroskop Gaya Atom ditemukan (1982) (dengan kolaborasi Binning sendiri), yang kreasinya bergantung pada kontribusi bersama sarjana lain, termasuk Calvin Quate (1923-2019) dan Christoph Gerber (1942). Mikroskop ini memungkinkan untuk memperluas penerapan pemindaian probe mikroskop ke kategori sampel yang luas, termasuk yang biologis.

Karena varian dan aplikasinya yang luas, teknik ini saat ini, kemungkinan besar, paling serbaguna untuk mempelajari permukaan di bidang nanoteknologi. Saat ini, sebenarnya, mikroskop bertujuan untuk mendapatkan informasi yang lebih lengkap tentang sifat permukaan dan mikroskop modern mengintegrasikan, dalam instrumen yang sama, teknik yang berbeda untuk beradaptasi dengan studi sampel dari sifat yang berbeda.

mikroskop

Dari kebangkitan optik hingga nanoskop

Perkembangan sumber laser yang terjadi pada paruh kedua abad ke-XNUMX merupakan perkembangan baru bidang optik yang lebih klasik, bahkan dapat dikatakan merupakan penemuan terpenting dalam bidang optik setelah sinar-X. karakteristik sinar laser (koherensi ekstrim, intensitas tinggi dan panjang gelombang tunggal) memungkinkan menghindari fenomena aberasi dan difraksi karakteristik cahaya yang dihasilkan oleh lampu pijar tradisional.

Pada tahun 1955, pada kesempatan tesis doktoralnya di bidang matematika, Marvin Lee Minsky (1927-2016), salah satu pendiri kecerdasan buatan, berteori tentang mikroskop confocal, instrumen optik dengan resolusi dan kualitas gambar yang belum pernah ada sebelumnya. Seperti yang dia sendiri katakan:

Pada tahun 1956, saya mematenkan mikroskop confocal saya, tetapi hak patennya kedaluwarsa sebelum ada yang membuat yang kedua. Kami bahkan tidak repot-repot mematenkan layar atau logo, mengira itu adalah penemuan yang sangat jelas. Tampaknya yang jelas tidak relevan dengan paten.

mikroskop konfokal

Mikroskop confocal berbeda secara struktural dari mikroskop fluoresensi tradisional dengan menggunakan sumber laser tetapi terutama dengan adanya diafragma di sepanjang jalur optik yang memungkinkan untuk mengecualikan sinyal yang datang dari bagian atas dan bawah fokus sampel, sehingga memberikan gambar untuk pertama kalinya dengan informasi tiga dimensi. Pada kenyataannya, mikroskop confocal memasuki laboratorium hanya pada akhir 80-an ketika teknologi laser dan komputer menjadi relatif mudah diakses dan cukup kuat. Saat ini alat fundamental penting dalam penelitian ilmiah biomedis.

mikroskop

Mikroskop confocal mewakili, untuk bidang optik, bukan tujuan teknologi tetapi titik awal untuk berkembangnya teknik penelitian baru berdasarkan teknologi laser dan penggunaan penanda neon baru, seperti mikroskop TIRF (Total internal Reflection Fluorescence), Pencitraan Sel Langsung, mikroskop spektral confocal, penggunaan teknik pencitraan yang berbeda, analisis morfofungsional termasuk FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching), FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer), FLIM (Fluorescence Lifetime Imaging), FCS (Fluorescent Correlation Spectroscopy) dan terakhir penggunaan laser multiphoton untuk mendapatkan peningkatan daya penetrasi cahaya yang signifikan ke dalam sampel .

mikroskop STED

Tahun-tahun awal abad ini juga ditandai dengan perkembangan ide-ide baru yang cerdik yang telah mendorong resolusi optik melampaui batas yang ditentukan oleh sifat cahaya. Faktanya, kita berbicara tentang resolusi super, yang dicapai berkat tiga pendekatan utama yang berbeda: lMikroskop STED dikembangkan oleh Stefan Hell (1962), Hadiah Nobel Kimia pada tahun 2014, mikroskop cahaya terstruktur yang dilahirkan oleh Mats Gustafsson (1960-2011). ), dan mikroskop lokalisasi, diperkenalkan di laboratorium Harvard oleh Xiaowei Zhuang (1972), yang mampu memvisualisasikan molekul tunggal dengan resolusi 10 kali lebih besar daripada mikroskop optik tradisional.

Pengenalan teknik super-resolusi menghasilkan mikroskop cahaya modern, yang oleh karena itu dapat disebut "nanoskop". berdialog lebih banyak dengan mikroskop elektronik untuk integrasi analisis morfologi yang lebih baik. Saat ini, mikroskop adalah alat yang tak tergantikan di laboratorium dan telah menjadi simbol penelitian ilmiah.

Masa depan mikroskop

Mikroskop tidak diragukan lagi merupakan salah satu revolusi terbesar dalam sejarah sains, menandai lahirnya mikrobiologi, sitologi, dan biologi sel. Lompatan besar yang dilakukan penelitian medis dalam 100-150 tahun terakhir, dengan semua yang mengikutinya, tidak akan terpikirkan tanpa mikroskop.

Batas baru teknologi sudah melihat perkawinan antara informasi yang dihasilkan oleh mikroskop dan penggunaan kecerdasan buatan. Disiplin baru ini disebut Belajar mendalam, mampu menganalisis gambar yang diambil dengan mikroskop dan secara radikal dapat mengubah mikroskop dan membuka jalan bagi penemuan baru. Tapi Mats Gustafsson, salah satu bapak resolusi super, sudah menyadari semua ini saat dia berkata: “Begitu komputer ditambahkan antara mikroskop dan pengamat manusia, seluruh permainan berubah. Pada saat itu, mikroskop bukan lagi alat yang harus menghasilkan gambar yang dapat ditafsirkan secara langsung. Sekarang ini adalah perangkat untuk merekam informasi.”

Pada titik ini, sah-sah saja untuk bertanya seberapa jauh mungkin untuk menyelidiki dan mempelajari mikroskop: dunia mikroskopis merupakan reservoir informasi yang hampir tidak ada habisnya: materi memiliki sifat struktural, kimia, dan fisik yang mencerminkan jejak yang diberikan oleh konstanta fundamental dan homogenitas hukum fisika muncul pada saat-saat pertama Alam Semesta dan varian yang mungkin, yang sebagian besar masih di luar pemahaman kita, merupakan keragaman dunia yang tak terbayangkan yang kita amati.


Jadilah yang pertama mengomentari

tinggalkan Komentar Anda

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Bidang yang harus diisi ditandai dengan *

*

*

  1. Bertanggung jawab atas data: Actualidad Blog
  2. Tujuan data: Mengontrol SPAM, manajemen komentar.
  3. Legitimasi: Persetujuan Anda
  4. Komunikasi data: Data tidak akan dikomunikasikan kepada pihak ketiga kecuali dengan kewajiban hukum.
  5. Penyimpanan data: Basis data dihosting oleh Occentus Networks (UE)
  6. Hak: Anda dapat membatasi, memulihkan, dan menghapus informasi Anda kapan saja.