" Nuk ka funksion pa anatomi ". Camillo Golgi, Çmimi Nobel në Mjekësi në vitin 1906, e shkroi këtë në fund të shekullit të XNUMX-të për studimet e tij mbi qelizat nervore qendrore dhe periferike. Me fjalë të tjera, funksioni riformëson formën e qelizave, dhe për këtë arsye vëzhgimet mikroskopike bëhen thelbësore për të kuptuar mekanizmat e tij fiziologjikë.
Nuk është rastësi që personi i parë që kuptoi se nervat përbëheshin nga një grup kabllosh dhe nuk përfaqësonin një lloj kanali me një substancë të butë brenda, si në rastin e enëve të gjakut, ishte Anton Van Leeuwenhoek në 1715.
Leeuwenhoek dhe mikroskopi
leeuwenhoek, optik dhe natyralist holandez, njihet si shpikësi i mikroskopit optik; pra, ai që ka vëzhguar i pari, në mënyrë akute dhe me saktësi, disa dukuri natyrore si qarkullimi i rruazave të kuqe të gjakut në kapilarë, ekzistenca e qelizave germinale mashkullore, identifikimi i parë i saktë i struktura lamelare e thjerrëzës, zbulimi i protozoarëve dhe baktereve të quajtura "kafshë të vogla". Natyrisht, nuk ishte vetëm disponueshmëria e lenteve optike më të mira të kohës, të cilat ai i ndërtoi edhe vetë.
Kështu shkroi Leeuwenhoek në një letër drejtuar Shoqërisë Mbretërore të Londrës në 1692, duke iu përgjigjur kritikave nga disa prej bashkëkohësve të tij:
E di shumë mirë, të nderuar zotërinj, se raportet që ju shkruaj dhe ju dërgoj herë pas here nuk përputhen gjithmonë me njëra-tjetrën dhe se në to mund të gjenden kontradikta; me të cilin dua të them edhe një herë se e kam zakon t'u qëndroj të dhënave që kam derisa të informohem më mirë ose derisa vëzhgimet e mia të më çojnë diku tjetër; dhe kurrë nuk do të kem turp të ndryshoj metodën time.
Kështu lindi mikroskopi modern, pra studimi i natyrës në sasi të vogla, i cili ende sot përbën një nga mjetet kryesore të hetimit të kërkimit shkencor modern. Por për të kuptuar më mirë lindjen dhe evolucionin e kësaj shkence, duhet t'u referohemi intuitave dhe zbulimeve të shumta që nga përpjekjet e para në Antikitet kanë formësuar zhvillimin e kësaj disipline deri në vëzhgimet befasuese të shkencës moderne.
Drita në traditën helene dhe islame
Megjithëse mikroskopi është një shpikje relativisht e kohëve të fundit, studimi i fenomeneve të dritës ka interesuar shumë nga mendjet e mëdha të Antikitetit dhe ka shkaktuar debate midis shkollave të ndryshme të mendimit; Tashmë ua detyrojmë mendimtarëve të mëdhenj si Aristoteli, apo Euklidi, të cilët jetuan midis shekujve IV dhe III para Krishtit, zyrtarizimin e parë të të cilëve kemi prova të shkruara të konceptit të vizionit dhe rrezeve të dritës. Tashmë në shekullin III para Krishtit. C. përdorimi i pasqyrave të famshme të djegura të Arkimedit u bë i famshëm gjatë Luftës së Dytë Punike, megjithëse ende nuk është provuar historikisht.
Roma
Shembujt më të dokumentuar në këtë drejtim janë ata që vijnë nga bota romake. Në fakt, përdorimi që romakët e lashtë bënin nga sferat e qelqit pak a shumë të rrafshuara për të përqendruar rrezet e diellit dhe për të marrë zjarrin është akredituar gjerësisht për një kohë të gjatë. Teknologjia e lenteve duket se është edhe më e vjetër se qytetërimi romak, siç dëshmohet nga gjetjet nga Knossos, të cilat datojnë në epokën e bronzit, një periudhë midis 3500 dhe 1200 para Krishtit. c.
Pompei
Përveç prizmave kristal me saktësi dhe rregullsi të jashtëzakonshme (të përdorura për të thyer dritën në ngjyrat e spektrit), ato vijnë edhe nga gërmimet e pompei i lashtë enë të vogla të rrumbullakëta, pak konvekse, të afta për të siguruar një imazh të qartë dhe të zmadhuar. Fatkeqësisht, pothuajse nuk ka burime letrare që flasin për këto objekte si mjete vizioni. Ajo u dha nga Plini Plaku kur perandori Neron, ndoshta miop, shikonte luftimet e gladiatorëve duke i parë ato përmes një smeraldi të madh të lëmuar.
Otikë dhe Katoptrikë
Duke u kthyer te Euklidi, vërejmë se ai ishte autori i pesë postulateve të famshme të gjeometrisë që përmbajnë konceptet e pikës, vijës dhe planit; Këto koncepte themelore u bashkuan në vepra Ottica e Catoptrica ku përmbahen elementet e perspektivës, Studimi i reflektimit në pasqyrat e rrafshët dhe sferike dhe, për herë të parë, përcaktohet koncepti i rrezes vizuale pa strukturë fizike. Kjo i lejon Euklidit të zgjerojë metodën tipike të demonstrimeve gjeometrike në fushën e fenomeneve të dritës.
Natyra e këtyre aksiomave, megjithatë, kushtëzohet fuqimisht nga ideja se vizioni zhvillohet nga rrezet e emetuara nga syri: teoria ekstramisive e dritës. Për të arritur në një teori më të avancuar të vizionit, ishte e nevojshme të pritej deri në shekullin e 965-të, me teoritë e Arabit Alhazen (1039-XNUMX). Sipas Alhazen, syri nuk mund ta "ndiejë" objektin përveçse me anë të rrezeve që ju dërgon me një shpejtësi të kufizuar; drita duhet të ketë një ekzistencë reale sepse kur është shumë intensive mund të dëmtojë sytë dhe të gjenerojë imazhe dytësore.
Shpikja e mikroskopit
Do të duhet të presim deri në epokën e barokut për të parë lindjen e mikroskopit të vërtetë pararendës të atyre moderne. Shekulli i 1609-të është një periudhë e frytshme në shumë vende për shkencën në përgjithësi, në fakt duhet thënë se pa një revolucion të vërtetë shkencor me Bacon, Boyle, Kopernicus, Leibniz e shumë të tjerë. Megjithatë, duhet thënë se në historinë e mikroskopisë nuk ka asnjë datë të shquar të krahasueshme me XNUMX, vit në të cilin Galileo Galilei (1564-1642) është bërë me një teleskop rudimentar.
prodhues të rrobave dhe mikroskopë
Për më tepër, nuk është rastësi që Holanda ishte djepi i një instrumenti siç është mikroskopi, pasi në shekullin e XNUMX-të ky vend përfaqësonte një udhëkryq të rëndësishëm tregtar për sektorin e tekstilit dhe, në të njëjtën kohë, për prodhimin e qeramikës dhe majolikës. . Nga këto punishte të fundit, ndoshta si produkt dytësor i procesit të prodhimit, sipas të gjitha gjasave kanë dalë pikat e qelqit të shkrirë që Prodhuesit e pëlhurave përdoren si xham zmadhues të vegjël për të kontrolluar më mirë strukturën gjatë fazës së prodhimit. Ky ishte përdorimi i parë që Antoni Van Leeuwenhoek (1632-1723), fillimisht një menaxher dyqani pëlhurash, i bërë nga rruaza xhami të ngurtësuar; më vonë, ndoshta duke ndjekur interesin e tij për shkencat natyrore për të cilat ai ishte i prirur natyrshëm.
Prandaj, mikroskopi i Van Leeuwenhoek mund të konsiderohet si mikroskopi i parë, pasi ai ishte konceptuar dhe optimizuar posaçërisht për përdorim për qëllime kërkimore shkencore. Jo çuditërisht, ai u citua në atë kohë si studiuesi brilant që
[…] ka projektuar mikroskopë që tejkalojnë shumë ato që janë parë deri më tani…
Në fakt, mikroskopi i Leeuwenhoek përbëhet nga një lente e vetme e montuar në një mbështetëse metalike të pajisur me një mbajtëse të posaçme kampioni me fokus të rregullueshëm me anë të një mekanizmi me vidë dhe parashikon përdorimin e ndriçimit artificial. Këto elemente, përveç që përbëjnë, që nga ai moment, themelet e çdo mikroskopi optik, presupozojnë një metodologji për studimin e dukurive natyrore me një aromë tashmë moderne.
Natyra Arcana
Leeuwenhoek u mbulua me njohje zyrtare, laboratori i tij u vizitua nga akademikë dhe figura politike nga e gjithë bota (vizita e famshme e Carit Pjetri i Madh i Rusisë). Leeuwenhoek vdiq në moshën 91-vjeçare, më 26 gusht 1723, pasi kishte parë botimin latin të koleksionit të plotë të letrave dhe raporteve të tij të shumta, të botuar në 1722 me titullin "Arcana Naturae".
Përpjekjet e studiuesve në shekujt në vijim do t'i kushtohen tërësisht ndërtimit të mikroskopëve më të fuqishëm dhe sistemimit, klasifikimit dhe përcaktimit sasior të mikrobotës së sapo zbuluar. Në këtë kuptim, kontributi i anglezit Robert Hooke (1635-1703) është themelor, më shumë mbahet mend për studimet e tij mbi elasticitetin sesa për ato të mikroskopit optik. Huku, një studiues i plotë, bëri përmirësime në mikroskop, duke e pajisur atë me sisteme të reja optike dhe një sistem të ri ndriçimi. Kjo e lejoi atë të bënte një sërë zbulimesh, të tilla si zgavrat në tapë, të ndara me mure, të cilat ai i quajti qelizat. Në polemika me Isaac Newton, ndoshta shkencëtari më i madh i kohës, ai mbështeti idenë e një teorie valore të dritës në krahasim me teorinë korpuskulare.
Evolucioni i mikroskopisë midis shekujve XNUMX dhe XNUMX: nga mikroskopi optik në mikroskopin elektronik
Përmirësimet e futura gradualisht në mikroskopët e përbërë të ndërtuar në shekullin e XNUMX-të kishin të bënin kryesisht me strukturën mekanike. Edhe pse ishte bërë njëfarë progresi në teknikat e prodhimit të lenteve, performanca optike ishte ende e dobët. Kjo ishte për shkak të cilësisë së xhamit dhe dy defekteve serioze në lente: devijimi sferik dhe devijimi kromatik, të cilat rezultuan në imazhe të paqarta dhe të ylberta.
Për më tepër, çdo përmirësim ka ndodhur gjithmonë dhe vetëm në bazë empirike dhe për këtë arsye ishin produkte të punuara me dorë. Për t'u korrigjuar, këto devijime kërkojnë bashkimin e disa thjerrëzave dhe, për rrjedhojë, nuk ishte deri në mesin e shekullit të XNUMX-të që sisteme të tilla mund të realizoheshin.
Ernst Abbe
Që nga ai moment, studimet teorike dhe përparimi teknologjik shkuan paralelisht. Figura më përfaqësuese e kësaj periudhe ishte gjermani Ernst Abbe (1840-1905), i cili transformoi mikroskopin nga një instrument cilësor në një instrument sasior; shumë prej parimeve mbi të cilat bazohet teknologjia moderne e optikës së mikroskopit dhe e lenteve në përgjithësi i detyrohen atij; Abbe bashkëpunoi me Carl Zeiss (1816-1888) në punëtoritë e famshme optike Jena.
Ai nxori shprehjen, e cila mban emrin e tij (numri Abbe), për të karakterizuar fuqinë shpërndarëse të qelqit dhe e lidhi rezolucionin e një objektivi mikroskopi si funksion të hapjes së tij numerike. shumë prej parimeve mbi të cilat bazohet teknologjia moderne e optikës së mikroskopit dhe thjerrëzave në përgjithësi i detyrohen atij. Abbe bashkëpunoi me Carl Zeiss (1816-1888) në punëtoritë e famshme optike Jena.
August Kohler
Nga viti 1900 August Kohler (1866-1948) punoi gjithashtu në Jena, i cili merrej me mikrofotografi dhe përsosi një sistem ndriçimi tashmë të miratuar universalisht për mikroskopët; Në fund të shekullit të XNUMX-të, instrumente të shkëlqyera të drejta dhe të përmbysura tashmë ekzistonin në treg.
Në vitin 1903 Richard Zsigmondy (1865-1929) zhvilloi të ashtuquajturin ultramikroskopi, i cili lejon studimin e grimcave koloidale me dimensione më të vogla se gjatësia e valës së dritës; dhe në dekadat që pasuan ritmi nuk u ngadalësua: teknika të reja si kontrasti fazor, metodat e interferencës dhe mikroskopi reflektues Ato hapën fusha të reja aplikimi ndërsa teknikat e tjera të njohura u përsosën, si fluoreshenca, ndërhyrja e kontrastit dhe polarizimi. rrezatimi.
mikroskopi elektronik
Tashmë në vitet 30, me përcaktimin e grimcave elementare si elektroni dhe futjen e dualizmit valë/grimcë për të shpjeguar sjelljen e tyre, kohët ishin pjekur sepse kufijtë në rezolucionin hapësinor të mikroskopëve optikë, të imponuara nga gjatësia e valës së dritës. , mund të tejkalohej në kontekstin e një këndvështrimi krejtësisht të ri: mikroskopi elektronik. Mikroskopi i parë elektronik u ndërtua në vitin 1933 nga fizikanët gjermanë Ernst Ruska (1906-1988) dhe Max Knoll (1897-1969). Vetë Ruska, shumë vite më vonë, do t'i referohej atyre kohërave si një periudhë e frytshme studimi dhe kërkimi:
Pas diplomimit (1931), gjendja ekonomike në Gjermani ishte bërë shumë e vështirë dhe nuk dukej e mundur të gjente një pozicion të kënaqshëm në universitet apo në industri. Ndaj, pata kënaqësinë që munda të vazhdoj aktivitetin tim pa pagesë si doktorant në Institutin e Tensionit të Lartë…” .
Fundi i shekullit të XNUMX-të dhe mikroskopi i sondës skanuese
Është ende sistematizimi progresiv i ligjeve të mekanikës kuantike ai që sugjeron zgjidhje të reja për të hetuar botën mikroskopike në detaje gjithnjë e më të mëdha, madje duke shkuar aq larg sa të zbulohet natyra e saj intime, d.m.th. molekulat dhe atomet. Ndryshe nga ajo që ndodhi më parë, në vitet 1980 u zhvilluan disa ide të shkëlqyera në kontekste që ishin tashmë intelektualisht të hapura dhe, çfarë nuk është shumë e keqe, të pajisura në mënyrë adekuate me burime njerëzore, teknologjike dhe ekonomike.
George Gamow
Është nga ideja e George Gamow (tashmë zbulues i të ashtuquajturit Rrezatimi i Sfondit Kozmik) për ekzistencën e efektit të tunelit, të formuluar në vitin 1928, që dy fizikantë gjermanë, Gerd Binnig (1947) dhe Heinrich Rohrer (1933- 2013) konceptuar në vitin 1981, ndërsa punonte në laboratorët kërkimorë të IBM në Cyrih, mikroskopi i parë i tunelit me skanim.
Ky mikroskop përdor një sondë me gjilpërë të imët për të zbuluar një rrymë elektrike të dobët midis sondës dhe sipërfaqes së mostrës që studiohet, e cila mund të hetohet në një rezolutë teorikisht më të vogël se madhësia e atomeve dhe molekulave. Ky zbulim u dha zbuluesve të tij Çmimin Nobel në Fizikë të vitit 1986. Është mjaft e jashtëzakonshme që çmimi iu dha, mjaft vonë, edhe Enrst Ruskës. "Për punën e tij themelore në optikën elektronike dhe për projektimin e mikroskopit të parë elektronik".
mikroskopi skanues
Në të njëjtin kontekst, por bazuar në forcën elektrike të ushtruar nga atomet e një sipërfaqeje në një sondë të vogël të vendosur aty pranë, u shpik Mikroskopi i Forcës Atomike (1982) (me bashkëpunimin e vetë Binning), krijimi i të cilit mbështetet në kontributin e përbashkët. i studiuesve të tjerë, duke përfshirë Calvin Quate (1923-2019) dhe Christoph Gerber (1942). Ky mikroskop bëri të mundur zgjerimin e aplikimit të mikroskopi i sondës skanuese në një kategori të gjerë mostrash, përfshirë ato biologjike.
Për shkak të gamës së gjerë të varianteve dhe aplikimeve, kjo teknikë është sot, sipas të gjitha gjasave, më e gjithanshme për studimin e sipërfaqeve në fushën e nanoteknologjisë. Sot, në fakt, mikroskopët synojnë të marrin informacion gjithnjë e më të plotë mbi natyrën e sipërfaqeve dhe mikroskopët modernë integrojnë, në të njëjtin instrument, teknika të ndryshme për t'iu përshtatur studimit të mostrave të natyrës së ndryshme.
Nga rilindja e optikës tek nanoskopi
Zhvillimi i burimeve laserike që ndodhi në gjysmën e dytë të shekullit të XNUMX-të përfaqësoi një zhvillim të ri të një fushe optike më klasike, në fakt mund të thuhet se përbënte zbulimin më të rëndësishëm në optikë pas atij të rrezeve X. karakteristikat e dritës lazer (koherencë ekstreme, intensitet i lartë dhe gjatësi vale e vetme) lejojnë shmangni dukuritë e devijimeve dhe difraksioneve karakteristikë e dritës së prodhuar nga llambat tradicionale inkandeshente.
Në vitin 1955, me rastin e tezës së doktoraturës në matematikë, Marvin Lee Minsky (1927-2016), një nga themeluesit e inteligjencës artificiale, teorizoi për mikroskopin konfokal, një instrument optik me rezolucion dhe cilësi imazhi të paparë për epokën. Siç thotë edhe vetë:
Në vitin 1956, patenta mikroskopin tim konfokal, por patenta skadoi përpara se dikush të ndërtonte një të dytë. Ne as që u munduam të patentonim ekranin apo logon, duke menduar se ishin shpikje krejtësisht të dukshme. Duket se e dukshme nuk është e rëndësishme për patentën.
mikroskop konfokal
Një mikroskop konfokal ndryshon strukturisht nga mikroskopi tradicional i fluoreshencës nga përdorimi i burimit lazer, por mbi të gjitha nga prania e një diafragme përgjatë rrugës optike që lejon të përjashtohet sinjali që vjen nga pjesët sipër dhe poshtë fokusit të kampionit. duke ofruar një imazh për herë të parë me informacion tredimensional. Në realitet, mikroskopi konfokal hyn në laboratorë vetëm në fund të viteve 80, kur teknologjia lazer dhe kompjuterike bëhen relativisht të aksesueshme dhe mjaft të fuqishme. Aktualisht është një mjet thelbësor në kërkimin shkencor biomjekësor.
Mikroskopi konfokal përfaqëson, për fushën e optikës, jo një qëllim teknologjik, por një pikënisje për lulëzimin e teknikave të reja kërkimore të bazuara në teknologjinë lazer dhe përdorimi i shënuesve të rinj fluoreshentë, të tilla si mikroskopi TIRF (Fluoreshenca me reflektim total të brendshëm), Imazhe me qeliza të gjalla, mikroskopi spektrale konfokale, përdorimi i teknikave të ndryshme të imazhit, analiza morfofunksionale duke përfshirë FRAP (Rikuperimi i Fluoreshencës Pas Photozbardhimit), FRET (Transferimi i Energjisë së Rezonancës Fluoreshence), FLIM (Imazhi i Jetës së Fluoreshencës), FCS (Spectroskopia e Korrelacionit Fluorescent) dhe së fundi përdorimin e lazerëve multifotone për të marrë një rritje të konsiderueshme në depërtimin e fuqisë së dritës në dritë. .
mikroskopi STED
Vitet e para të këtij shekulli janë shënuar gjithashtu nga zhvillimi i ideve të reja gjeniale që e kanë shtyrë rezolucionin optik përtej kufijve të vendosur nga natyra e dritës. Në fakt, po flasim për super rezolucion, të arritur falë tre qasjeve kryesore të ndryshme: lMikroskopi STED i zhvilluar nga Stefan Hell (1962), Çmimi Nobel në Kimi në 2014, mikroskopi i strukturuar i dritës që i detyrohet lindjes së tij Mats Gustafsson (1960-2011). ), dhe mikroskopi lokalizimi, i prezantuar në laboratorët e Harvardit nga Xiaowei Zhuang (1972), i aftë për të vizualizuar një molekulë të vetme me një rezolucion 10 herë më të madh se mikroskopi optik tradicional.
Futja e teknikave me super-rezolucion çoi në mikroskopët modernë të dritës, të cilët mund të quhen në mënyrë të arsyeshme "nanoskopët". dialogu gjithnjë e më shumë me mikroskopët elektronikë për një integrim më të mirë të analizave morfologjike. Sot, mikroskopi është një mjet i pazëvendësueshëm në laborator dhe është bërë vetë simboli i kërkimit shkencor.
E ardhmja e mikroskopisë
Mikroskopi ishte padyshim një nga revolucionet më të mëdha në historinë e shkencës, duke shënuar lindjen e mikrobiologjisë, citologjisë dhe biologjisë qelizore. Kërcimet gjigante që kanë bërë kërkimet mjekësore në 100-150 vitet e fundit, me gjithë atë që pasoi, do të ishin të paimagjinueshme pa mikroskopin.
Kufijtë e rinj të teknologjisë tashmë shohin martesën midis informacionit të prodhuar nga mikroskopët dhe përdorimit të inteligjencës artificiale. Kjo disiplinë e re, e quajtur Mësim i thellë, është në gjendje të analizojë imazhet e marra me mikroskop dhe mund të ndryshojë rrënjësisht mikroskopinë dhe të hapë rrugën për zbulime të reja. Por Mats Gustafsson, një nga baballarët e super-rezolucionit, e kishte kuptuar tashmë të gjitha këto kur tha: “Sapo një kompjuter shtohet midis mikroskopit dhe vëzhguesit njerëzor, e gjithë loja ndryshon. Në atë moment, një mikroskop nuk është më një pajisje që duhet të gjenerojë një imazh të interpretueshëm drejtpërdrejt. Tani është një pajisje për regjistrimin e informacionit.”
Në këtë pikë, do të ishte legjitime të pyesim se sa larg është e mundur të shkohet në hetimin dhe studimin e mikroskopisë: bota mikroskopike përbën një rezervuar pothuajse të pashtershëm informacioni: lënda zotëron veti strukturore, kimike dhe fizike që pasqyrojnë gjurmën e dhënë nga konstantet themelore dhe homogjenitetin e ligjeve fizike u ngritën në momentet e para të Universit dhe variantet e mundshme, shumica e të cilave janë ende përtej të kuptuarit tonë, përbëjnë shumëllojshmërinë e paimagjinueshme të botës që ne vëzhgojmë.
