" Anatomi olmadan işlev olmaz başlıklı bir kılavuz yayınladı. 1906'da Nobel Tıp Ödülü sahibi Camillo Golgi, bunu XNUMX. yüzyılın sonlarında merkezi ve periferik sinir hücreleri üzerine yaptığı çalışmalar hakkında yazmıştır. Başka bir deyişle, işlev hücrelerin şeklini yeniden şekillendirir ve bu nedenle mikroskobik gözlemler, fizyolojik mekanizmalarını anlamak için gerekli hale gelir.
Sinirlerin bir dizi kablodan oluştuğunu ve kan damarlarında olduğu gibi içinde yumuşak bir madde bulunan bir tür kanalı temsil etmediğini anlayan ilk kişinin 1715 yılında Anton Van Leeuwenhoek olması tesadüf değildir.
Leeuwenhoek ve mikroskop
leeuwenhoek, Hollandalı gözlükçü ve doğa bilimci, optik mikroskobun mucidi olarak tanınmaktadır; bu nedenle, kırmızı kan hücrelerinin kılcal damarlardaki dolaşımı, erkek germ hücrelerinin varlığı, ilk kesin olarak tanımlanması gibi bazı doğal olayları keskin ve kesin olarak ilk gözlemleyen kişidir. merceğin katmanlı yapısı, protozoa ve "küçük hayvanlar" adı verilen bakterilerin keşfi. Açıkçası mesele, kendisinin de ürettiği zamanın en iyi optik lenslerinin mevcudiyeti değildi.
Leeuwenhoek, 1692'de Londra Kraliyet Cemiyeti'ne yazdığı bir mektupta, çağdaşlarından bazılarının eleştirilerine şu şekilde yanıt verdi:
Muhterem Beyler, size zaman zaman yazdığım ve gönderdiğim raporların her zaman birbiriyle örtüşmediğini ve bunlarda çelişkiler bulunabileceğini çok iyi biliyorum; daha iyi bilgilenene veya gözlemlerim beni başka bir yere götürene kadar elimdeki verilere bağlı kalma alışkanlığım olduğunu bir kez daha söylemek istiyorum; ve yöntemimi değiştirmekten asla utanmayacağım.
Modern mikroskopi böyle doğdu, yani, bugün hala modern bilimsel araştırmanın ana araştırma araçlarından birini oluşturan, doğanın küçük miktarlarda incelenmesi. Ancak bu bilimin doğuşunu ve evrimini daha iyi anlamak için, Antik Çağ'daki ilk girişimlerden modern bilimin şaşırtıcı gözlemlerine kadar bu disiplinin gelişimini şekillendiren sayısız sezgi ve keşfe atıfta bulunmalıyız.
Helen ve İslam geleneğinde ışık
Mikroskop görece yeni bir buluş olmasına rağmen, ışık olgusunun incelenmesi Antik çağın büyük beyinlerinin çoğunu ilgilendirmiş ve farklı düşünce okulları arasında tartışmalara yol açmıştır; IV. ve III. yüzyıllar arasında yaşamış olan Aristoteles ya da Öklid gibi büyük düşünürlere borçluyuz. Zaten MÖ XNUMX. yüzyılda. C. Arşimet'in ünlü yanan aynalarının kullanımı, henüz tarihsel olarak kanıtlanmamış olmasına rağmen, İkinci Pön Savaşı sırasında ünlendi.
Roma
Bu konuda en belgelenmiş örnekler, Roma dünyasından gelmek. Aslında, antik Romalıların güneş ışınlarını yoğunlaştırmak ve ateş elde etmek için az ya da çok düzleştirilmiş cam kürelerden yaptıkları kullanım, uzun süredir geniş çapta kabul görmüştür. Knossos'ta MÖ 3500 ile 1200 yılları arasındaki Tunç Çağı'na kadar uzanan buluntuların kanıtladığı gibi, lens teknolojisi Roma uygarlığından bile daha eski görünüyor. C.
Pompeii
(Işığı tayfın renklerine ayırmak için kullanılan) olağanüstü kesinlik ve düzenliliğe sahip kristal prizmalara ek olarak, bunlar aynı zamanda antik pompei net ve büyütülmüş bir görüntü sağlayabilen, hafif dışbükey küçük yuvarlak damarlar. Ne yazık ki, bu nesnelerden görüş araçları olarak bahseden neredeyse hiçbir edebi kaynak yok. Muhtemelen miyop olan imparator Nero, gladyatör dövüşlerini büyük bir cilalı zümrütten bakarak izlediğinde Yaşlı Pliny tarafından verildi.
Ottica ve Catoptrica
Öklid'e dönersek, onun nokta, çizgi ve düzlem kavramlarını içeren ünlü beş geometri koyutunun yazarı olduğunu not ediyoruz; Bu temel kavramlar bir araya gelerek Ottica e Catoptrica çalışması perspektif unsurlarının bulunduğu yerde, düzlem ve küresel aynalarda yansıma çalışması ve ilk kez fiziksel yapısı olmayan görsel ışın kavramı tanımlanmıştır. Bu, Öklid'in tipik geometrik gösteri yöntemini ışık fenomeni alanına genişletmesine izin verir.
Bununla birlikte, bu aksiyomların doğası, görmenin göz tarafından yayılan ışınlarla gerçekleştiği fikri tarafından güçlü bir şekilde şartlandırılmıştır: aşırı ışık teorisi. Daha gelişmiş bir görme teorisine ulaşmak için Arap Alhazen'in (965-1039) teorileri ile XNUMX. yüzyıla kadar beklemek gerekiyordu. Alhazen'e göre, göz, ışınlar dışında nesneyi "hissedemez" sizi sonlu bir hızla gönderen; ışığın gerçek bir varlığı olmalıdır çünkü çok yoğun olduğunda gözlere zarar verebilir ve ikincil görüntüler oluşturabilir.
mikroskobun icadı
Modern olanların gerçek öncü mikroskobunun doğuşunu görmek için Barok çağa kadar beklemek gerekecek. 1609. yüzyıl, genel olarak bilim için birçok ülkede verimli bir dönemdir, aslında Bacon, Boyle, Copernicus, Leibniz ve daha birçokları ile gerçek bir bilimsel devrim yaşadığı söylenmelidir. Bununla birlikte, mikroskopi tarihinde, XNUMX ile karşılaştırılabilecek önemli bir tarihin olmadığı söylenmelidir. Galileo Galilei (1564-1642) ilkel bir teleskopla yapılmıştır.
kumaş üreticileri ve mikroskoplar
Ayrıca, Hollanda'nın mikroskop gibi bir aletin beşiği olması tesadüf değildir, çünkü XNUMX. yüzyılda bu ülke tekstil sektörü ve aynı zamanda seramik ve majolika üretimi için önemli bir ticaret kavşağıydı. . Bu son atölyelerden, belki de imalat sürecinin ikincil bir ürünü olarak, büyük olasılıkla erimiş cam damlaları geldi. dokuyu daha iyi kontrol etmek için küçük büyüteçler olarak kullanılan kumaş üreticileri üretim aşamasında. Bu, başlangıçta bir kumaş mağazası müdürü olan Antoni Van Leeuwenhoek'in (1632-1723) katılaştırılmış cam boncuklardan yaptığı ilk kullanımdı; daha sonra, muhtemelen doğal olarak eğilimli olduğu doğa bilimlerine olan ilgisinin ardından.
Bu nedenle, Van Leeuwenhoek'inki ilk mikroskop olarak kabul edilebilir, çünkü bilimsel araştırma amaçları için özel olarak tasarlanmış ve optimize edilmiştir. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, o zamanlar parlak araştırmacı olarak gösterildi.
[...] şimdiye kadar görülenlerin çok ötesinde mikroskoplar tasarladı…
Aslında Leeuwenhoek'un mikroskobu, bir vida mekanizması vasıtasıyla ayarlanabilir odaklamalı özel bir numune tutucu ile donatılmış metal bir destek üzerine monte edilmiş tek bir mercekten oluşur ve yapay aydınlatmanın kullanılmasını sağlar. Bu unsurlar, o andan itibaren oluşturmanın yanı sıra, herhangi bir optik mikroskobun temelleri, zaten modern bir tada sahip doğal fenomenlerin incelenmesi için bir metodoloji varsayın.
Gizemli Doğa
Leeuwenhoek resmi olarak tanındı, laboratuvarı dünyanın her yerinden akademisyenler ve siyasi figürler tarafından ziyaret edildi (Rusya'nın Büyük Çarı Peter'in ünlü ziyareti). Leeuwenhoek 91 yaşında öldü. 26 Ağustos 1723'te, 1722'de "Arcana Naturae" başlığı altında yayınlanan çok sayıda mektup ve raporun eksiksiz koleksiyonunun Latince baskısını gördükten sonra.
Sonraki yüzyıllarda bilim adamlarının çabaları, tamamen daha güçlü mikroskoplar inşa etmeye ve yeni keşfedilen mikro dünyayı sistemleştirmeye, sınıflandırmaya ve nicelendirmeye adanacaktır. Bu anlamda İngiliz Robert Hooke'un (1635-1703) katkısı temeldir ve optik mikroskopi çalışmalarından çok esneklik üzerine yaptığı çalışmalarla hatırlanır. Tam bir bilgin olan Hooke, mikroskobu yeni optik sistemler ve yeni bir aydınlatma sistemi ile donatarak iyileştirmeler yaptı. Bu, mantardaki boşluklar olarak adlandırdığı duvarlarla ayrılmış boşluklar gibi bir dizi keşif yapmasına izin verdi. hücreler. Muhtemelen zamanın en büyük bilim adamı olan Isaac Newton ile tartışmasında, parçacık teorisinin aksine ışığın dalga teorisi fikrini destekledi.
XNUMX. ve XNUMX. yüzyıllar arasında mikroskopinin evrimi: optik mikroskoptan elektron mikroskobuna
XNUMX. yüzyılda inşa edilen bileşik mikroskoplarda yavaş yavaş ortaya çıkan iyileştirmeler, esas olarak mekanik yapıyla ilgiliydi. konusunda bazı ilerlemeler kaydedilmiş olsa da, lens üretim teknikleri, optik performans hala zayıftı. Bunun nedeni hem camın kalitesi hem de lenslerdeki iki ciddi kusurdu: bulanık ve yanardöner görüntülerle sonuçlanan küresel sapma ve renk sapması.
Ayrıca, her iyileştirme her zaman ve yalnızca ampirik bir temelde gerçekleşti ve bu nedenle El yapımı ürünlerdi.. Düzeltilmesi için, bu sapmalar birkaç merceğin birleştirilmesini gerektirir ve bu nedenle, bu tür sistemler XNUMX. yüzyılın ortalarına kadar gerçekleştirilememiştir.
Ernst Abbe
O andan itibaren teorik çalışmalar ve teknolojik ilerleme el ele gitti. Bu dönemin en temsili figürü Alman Ernst Abbe'dir (1840-1905). mikroskobu kalitatiften kantitatif bir alete dönüştürdü; Modern mikroskop optiği ve genel olarak lens teknolojisinin dayandığı ilkelerin çoğu ona aittir; Abbe, ünlü Jena optik atölyelerinde Carl Zeiss (1816-1888) ile işbirliği yaptı.
Kendi adını taşıyan ifadeyi (Abbe numarası) türeterek camın dağılma gücünü karakterize etti ve bir mikroskop hedefinin çözünürlüğünü sayısal açıklığının bir fonksiyonu olarak ilişkilendirdi. Modern mikroskop optiği ve genel olarak lens teknolojisinin dayandığı ilkelerin çoğu ona aittir. Abbe, ünlü Jena optik atölyelerinde Carl Zeiss (1816-1888) ile işbirliği yaptı.
Ağustos Kohler
1900'den itibaren, mikrofotoğrafçılıkla uğraşan ve mikroskoplar için artık evrensel olarak benimsenen bir aydınlatma sistemini mükemmelleştiren August Kohler (1866-1948) de Jena'da çalıştı; XNUMX. yüzyılın sonunda, piyasada mükemmel düz ve ters çevrilmiş aletler zaten vardı.
1903'te Richard Zsigmondy (1865-1929), boyutları ışığın dalga boyundan daha küçük olan koloidal parçacıkların incelenmesine izin veren ultramikroskopu geliştirdi; ve takip eden on yıllarda hız yavaşlamadı: faz kontrastı, girişim yöntemleri ve yansıma mikroskobu gibi yeni teknikler Floresan, kontrast girişimi ve polarizasyon gibi diğer iyi bilinen teknikler mükemmelleştirilirken yeni uygulama alanları açtılar. radyasyon.
elektron mikroskobu
Daha 30'larda, elektron gibi temel parçacıkların tanımlanması ve davranışlarını açıklamak için dalga/parçacık ikiliğinin tanıtılmasıyla birlikte, optik mikroskopların uzamsal çözünürlüğünde ışığın dalga boyunun dayattığı sınırlar nedeniyle zaman olgunlaşmıştı. , tamamen yeni bir bakış açısı bağlamında aşılabilir: elektron mikroskobu. İlk elektron mikroskobu 1933 yılında Alman fizikçiler Ernst Ruska (1906-1988) ve Max Knoll (1897-1969) tarafından yapılmıştır. Yıllar sonra Ruska'nın kendisi, o zamanlardan verimli bir çalışma ve araştırma dönemi olarak söz edecekti:
Mezun olduktan sonra (1931) Almanya'da ekonomik durum çok zorlaşmış, üniversitede veya sanayide tatmin edici bir pozisyon bulmak mümkün görünmüyordu. Bu nedenle Yüksek Gerilim Enstitüsünde doktora öğrencisi olarak faaliyetimi ücretsiz olarak sürdürebilmenin mutluluğunu yaşadım…” .
XNUMX. yüzyılın sonları ve taramalı sonda mikroskobu
Mikroskobik dünyayı her zamankinden daha ayrıntılı araştırmak için yeni çözümler öneren, hatta onun mahrem doğasını, yani moleküller ve atomlar. Daha önce olanlardan farklı olarak, 1980'lerde, zaten entelektüel olarak açık olan ve çok da kötü olmayan, yeterince insani, teknolojik ve ekonomik kaynaklarla donatılmış bağlamlarda bazı büyük fikirler geliştirildi.
George Gamow
İki Alman fizikçi Gerd Binnig (1928) ve Heinrich Rohrer'in (1947-) 1933'de formüle edilen tünel etkisinin varlığına ilişkin George Gamow'un (sözde Kozmik Arka Plan Radyasyonunun zaten kaşifi) fikrinden kaynaklanmaktadır. 2013), 1981'de Zürih'teki IBM araştırma laboratuvarlarında çalışırken ilk taramalı tünelleme mikroskobu tasarlandı.
Bu mikroskop, teorik olarak atomların ve moleküllerin boyutundan daha küçük bir çözünürlükte incelenebilen, incelenen numunenin yüzeyi ile prob arasındaki zayıf elektrik akımını tespit etmek için ince iğneli bir prob kullanır. Bu keşif, kaşiflerine 1986 yılında Nobel Fizik Ödülü'nü kazandırmıştır.Ödülün geç de olsa Enrst Ruska'ya verilmesi oldukça dikkat çekicidir. "Elektron optiğindeki temel çalışmaları ve ilk elektron mikroskobunun tasarımı için".
tarama mikroskobu
Aynı bağlamda, ancak yakına yerleştirilmiş küçük bir sonda üzerine bir yüzeydeki atomların uyguladığı elektrik kuvvetine dayalı olarak, yaratılması ortak katkıya dayanan Atomik Kuvvet Mikroskobu icat edildi (1982) (Binning'in kendisinin işbirliğiyle). Calvin Quate (1923-2019) ve Christoph Gerber (1942) dahil olmak üzere diğer bilim adamlarından. Bu mikroskop, uygulama alanını genişletmeyi mümkün kıldı. Biyolojik olanlar da dahil olmak üzere geniş bir numune kategorisine taramalı prob mikroskobu.
Çok çeşitli varyasyonları ve uygulamaları nedeniyle, bu teknik bugün, büyük olasılıkla, nanoteknoloji alanındaki yüzeylerin incelenmesi için en çok yönlü tekniktir. Günümüzde mikroskoplar, yüzeylerin doğası hakkında giderek daha eksiksiz bilgi elde etmeyi amaçlamaktadır ve modern mikroskoplar, farklı doğadaki örneklerin incelenmesine uyum sağlamak için farklı teknikleri aynı cihazda birleştirmektedir.
Optik rönesansından nanoskopa
XNUMX. yüzyılın ikinci yarısında gerçekleşen lazer kaynaklarının gelişimi, daha klasik bir optik alanın yeni bir gelişimini temsil ediyordu, hatta optikte X-ışınlarından sonra en önemli keşfi oluşturduğu söylenebilir. lazer ışığının özellikleri (aşırı tutarlılık, yüksek yoğunluk ve tek dalga boyu) sapma ve kırınım fenomenlerinden kaçının geleneksel akkor lambaların ürettiği ışığın karakteristiği.
Yapay zekanın kurucularından biri olan Marvin Lee Minsky (1955-1927), 2016'te matematik alanındaki doktora tezi vesilesiyle, eşi benzeri görülmemiş çözünürlüğe ve görüntü kalitesine sahip bir optik alet olan konfokal mikroskop hakkında teoriler geliştirdi. Kendisinin dediği gibi:
1956'da konfokal mikroskobumun patentini aldım, ancak patentin süresi ikincisini yapana kadar sona erdi. Tamamen bariz icatlar olduklarını düşünerek ekranın veya logonun patentini bile almadık. Görünüşe göre bariz olan patentle ilgili değil.
konfokal mikroskop
Bir konfokal mikroskop, lazer kaynağının kullanımıyla geleneksel floresan mikroskobundan yapısal olarak farklıdır, ancak her şeyden önce, örneğin odağının üstündeki ve altındaki kısımlardan gelen sinyali dışlamaya izin veren optik yol boyunca bir diyaframın varlığıyla farklılık gösterir. ile ilk kez bir görüntü sağlamak üç boyutlu bilgi. Gerçekte, konfokal mikroskop laboratuvarlara ancak lazer ve bilgisayar teknolojisi nispeten erişilebilir ve yeterince güçlü hale geldiğinde 80'lerin sonlarında girer. Şu anda biyomedikal bilimsel araştırmalarda temel olarak önemli bir araçtır.
Konfokal mikroskop, optik alanı için teknolojik bir hedef değil, lazer teknolojisine dayalı yeni araştırma tekniklerinin gelişmesi için bir başlangıç noktasıdır. yeni floresan işaretleyicilerin kullanımıTIRF (Toplam Dahili Yansıma Floresan) mikroskobu, Canlı Hücre Görüntüleme, konfokal spektral mikroskopi, farklı görüntüleme tekniklerinin kullanımı gibi, morfofonksiyonel analiz FRAP (Fotoğraf Ağartma Sonrası Floresans Geri Kazanımı), FRET (Floresans Rezonans Enerji Transferi), FLIM (Floresan Ömür Boyu Görüntüleme), FCS (Floresan Korelasyon Spektroskopisi) ve son olarak numuneye ışığın nüfuz etme gücünde önemli bir artış elde etmek için çok fotonlu lazerlerin kullanımı dahil .
STED mikroskobu
Bu yüzyılın ilk yıllarına, optik çözünürlüğü ışığın doğasının dayattığı sınırların ötesine iten dahiyane yeni fikirlerin gelişimi de damgasını vurmuştur. Aslında, üç ana farklı yaklaşım sayesinde elde edilen süper çözünürlükten bahsediyoruz: lStefan Hell tarafından geliştirilen STED mikroskobu (1962), 2014 Nobel Kimya Ödülü, doğumunu Mats Gustafsson'a (1960-2011) borçlu olan yapılandırılmış ışık mikroskobu. ) ve Harvard laboratuvarlarında Xiaowei Zhuang (1972) tarafından tanıtılan ve geleneksel optik mikroskopiden 10 kat daha büyük bir çözünürlükle tek bir molekülü görselleştirebilen lokalizasyon mikroskobu.
Süper-çözünürlük tekniklerinin tanıtılması, modern ışık mikroskoplarının ortaya çıkmasına yol açtı; "nanoskoplar". Morfolojik analizlerin daha iyi entegrasyonu için elektronik mikroskoplarla giderek daha fazla diyalog kurun. Günümüzde mikroskop, laboratuvarın vazgeçilmez bir aracıdır ve bilimsel araştırmanın tam da simgesi haline gelmiştir.
Mikroskopinin geleceği
Mikrobiyoloji, sitoloji ve hücre biyolojisinin doğuşunu işaret eden mikroskop şüphesiz bilim tarihindeki en büyük devrimlerden biriydi. Tıbbi araştırmaların son 100-150 yılda yaptığı dev sıçramalar ve sonrasında mikroskop olmadan düşünülemezdi.
Teknolojinin yeni sınırları, mikroskoplar tarafından üretilen bilgiler ile yapay zekanın kullanımı arasındaki evliliği şimdiden görüyor. adı verilen bu yeni disiplin, Derin Öğrenme, mikroskoplarla alınan görüntüleri analiz edebilen ve mikroskopiyi kökten değiştirebilen ve yeni keşiflerin önünü açabilen. Ancak süper çözünürlüğün babalarından biri olan Mats Gustafsson, şunları söylediğinde tüm bunları çoktan fark etmişti: "Mikroskop ile insan gözlemci arasına bir bilgisayar eklendiğinde, tüm oyun değişir. o anda, mikroskop artık doğrudan yorumlanabilir bir görüntü oluşturması gereken bir cihaz değildir. Artık bilgileri kaydetmek için bir cihaz.”
Bu noktada, mikroskopi inceleme ve araştırmasında ne kadar ileri gidilebileceğini sormak yerinde olur: mikroskobik dünya neredeyse tükenmez bir bilgi deposudur: Madde, temel sabitlerin ve fizik yasalarının homojenliğinin verdiği izi yansıtan yapısal, kimyasal ve fiziksel özelliklere sahiptir. Evrenin ilk anlarında ortaya çıkmış ve birçoğu henüz kavrayamadığımız olası varyantlar, gözlemlediğimiz dünyanın hayal bile edilemeyecek çeşitliliğini oluşturmaktadır.
