光學顯微鏡的發展歷程

2021-01-17 生物100

光學顯微鏡(簡稱顯微鏡),顧名思義是一種通過光學放大成像,顯示物體微觀結構的一種光學儀器,它由一個或多個透鏡通過組合構成。顯微鏡成像是一種光的藝術,在配合各種不同的光源時,可形成各自不同類型的影像,演變形成了各種類型的顯微鏡。

1.單目生物顯微鏡(光學顯微鏡發展的初期階段1.0)

顯微鏡發展初期,光學技術不發達,當時製成的顯微鏡為單光路直筒設計,只能使用一隻目鏡進行觀察,因此常被稱作單目顯微鏡。單目顯微鏡受當時的電子、機械、信息等技術的局限,通常具有以下幾種特點:①採用反光鏡反射自然光提供照明;②粗、細準焦螺旋採用分離式手輪;③載物臺為單層結構,且不可移動。

早期影像技術還未起步,使得顯微鏡下的微觀世界只能即時觀察,若想把看到的微觀世界呈現出來,與他人進行溝通交流,就需通過筆、紙把觀察到的影像,以臨摹的方式畫出來,因此生物繪畫就成了當時生物學工作者的一項必備技能。生物繪畫要求觀察者左眼進行觀察,右眼輔助繪畫,難度較高,繪畫結果精度較低,且容易受到人為主觀因素的影響而失真。

綜上所述,在當時使用顯微鏡觀察被認為是一項十分複雜的科學實驗操作過程,操作人員需進行訓練才能熟練使用顯微鏡,並獲得較理想的結果。儘管如此,顯微鏡的出現,大幅拓寬了人類的觀察範圍,也使得微生物學、醫學等學科取得了前所未有的進步。

由於使用單目生物顯微鏡時需將一隻眼對準目鏡,長時間觀察極易疲勞。電燈的出現使得顯微鏡的照明得到大幅度改善,特別是光源的亮度充足且亮度還可不斷提高,從而促使人們能夠利用分光稜鏡將物鏡傳上來的光信號一分為二,便於使用者通過兩隻眼睛進行觀察,這樣便大幅減輕眼睛負擔,提高使用的舒適度,因此這種顯微鏡也被稱作雙目生物顯微鏡(圖1-2)。雙目生物顯微鏡除了具備雙目觀察筒外,得益於當時光學、電子技術、機械技術的發展,使得顯微鏡整體上有了較大的改進。

顯微鏡發展至這一階段,是光學技術的快速發展時期,尤其是可控的電燈取代自然光使得顯微鏡的使用不再受自然環境以及地理位置的影響。另外由於電燈的多樣化,以及各種濾光鏡的運用,光學技術的進步,促使螢光顯微鏡、金相顯微鏡、偏光顯微鏡,倒置顯微鏡等多種類型顯微鏡得以面世。

光學成像效果取得重大進展之後,人們將顯微鏡改善的重點放在了顯微圖像的獲取技術上。人們在雙目光路信號進行再次分光,形成三目觀察筒,然後將攝像採集器安裝於三目觀察筒上以獲得顯微圖像。此後顯微影像逐漸成為人們記錄原始信息的重要手段。相比之前提及的顯微繪畫,這種獲取顯微畫面的方式更精準、更高效,更先進。

數碼顯微鏡憑其能夠實時顯示及圖像處理等優點,獲得了廣泛的應用,顯微觀察不再拘泥於傳統雙目觀察筒。上一代顯微鏡要獲得顯微圖像離不開計算機及其軟體等輔助設備(連接支架、顯示器等),這就需要專業人員安裝調試,用戶搬移非常不方便,且佔用實驗空間。時代在發展,科技在進步,在這個基礎上,伴隨著液晶屏技術的成熟,超薄超清晰的液晶顯示屏也被集成於數碼顯微鏡中,通過整體化的專業設計,進行光、機、電、軟體的科學融合,開發出了數碼液晶顯微鏡(圖1-3),數碼液晶顯微鏡的誕生大幅縮減了整個顯微觀察系統的體積,提升了儀器的便攜性,方便了用戶的使用,更使得戶外顯微觀察成為可能。


數碼液晶顯微鏡兼具傳統雙目觀察筒及高清液晶顯示屏的版本,一來屏幕提供了方便的觀察及交流環境,二來通過雙目觀察筒進一步驗證觀察結果,便可確保結果無誤。

顯微鏡發展到第四個階段,更多考慮的是使用上的革新,易用性、便利性。此時數碼液晶顯微鏡具備生物顯微鏡和實體顯微鏡的功能,還增加了顯微測量功能,同時可以內置高容量鋰電池(便於戶外使用)以及將數據存於U盤之中的功能。

顯微鏡是人們觀察微觀世界的一個重要的工具,它也是隨著人類科技的進步而不斷發展。縱觀光學顯微鏡的發展史,每一次的進步提高都離不開新技術的產生和發展。與此同時也有相應的落後技術被淘汰,如電燈光源的出現使得反光鏡作為光源的顯微鏡被淘汰,影像裝置的出現使得顯微繪畫失去了存在的意義。可以預見的是,未來顯微鏡仍然會不斷推陳出新。一方面,在網際網路信息技術爆炸式發展的時代,顯微鏡的聯網使用和分享機制將逐步建立;另一方面,伴隨著傳感器技術以及軟體算法的不斷創新,顯微鏡走向智能化、自動化的步伐也已邁開。到那時,人們可將更多的精力投入到研究的課題中而不再糾結顯微鏡的使用方式,大大提高了觀察效率。

來源:人教版新教材必修一教師用書

相關閱讀:

光學顯微鏡物鏡參數解讀

普通光學顯微鏡的使用及注意事項

關於顯微鏡掌握這麼多就夠了(順便說下顯微鏡的發明)

相關焦點

  • 【教學參考】光學顯微鏡的發展歷程
    光學顯微鏡(簡稱顯微鏡),顧名思義是一種通過光學放大成像,顯示物體微觀結構的一種光學儀器,它由一個或多個透鏡通過組合構成。顯微鏡成像是一種光的藝術,在配合各種不同的光源時,可形成各自不同類型的影像,演變形成了各種類型的顯微鏡。
  • 中國透射式電子顯微鏡發展的歷程
    作者:謝書堪 (北京中科科儀技術發展有限責任公司)人眼的視力僅能分辨物體中0.1—0.2mm的細節。若藉助光學顯微鏡,則可看到細胞、細菌。若藉助電子顯微鏡,人能看到原子像、分子像!自從1925年L. deBroglie提出物質具有波動性的假說後,1926年Busch發表關於磁聚焦的論文,指出旋轉對稱磁場可以使電子束折射。
  • 光學巡禮|了解奧林巴斯顯微鏡價格背後的秘密
    光學巡禮|了解奧林巴斯顯微鏡價格背後的秘密 2020年10月20日 10:45作者:黃頁編輯:黃頁 2、用顯微鏡可以觀測到什麼? 用顯微鏡能觀測到的物體,究竟微小到什麼程度呢?一般來說,奧林巴斯顯微鏡價格越高,也意味著擁有更大的放大倍率。 奧林巴斯的光學顯微鏡能夠看到小到0.2微米的物體,也就是大約0.0002毫米大小的物體。如果人眼能看到的東西被認為是1倍,那麼光學顯微鏡就可以看到比它小1500倍的東西。
  • 光學顯微鏡下能看到的結構有哪些?科學研究工具顯微鏡的使用和發展過程.
    例如,中心體,Edouard Van Beneden在1883年就觀察到了中心體,彼時科學家沒有電子顯微鏡可用,因此光學顯微鏡下是可以看到中心體的。我們使用光學顯微鏡不能看到中心體,一方面是因為普通高中的光學顯微鏡解析度不高;另一方面中心體沒有明顯的光學特徵,需要染色後才能看到。
  • 看見病毒:顯微鏡的百年曆程
    病毒在19世紀末已被證實肯定存在,但因「阿貝極限」使光學顯微鏡無法達到更高的解析度,始終看不到病毒的蹤影。科學界期待著能有可獲取生物過程動態信息的、更高解析度的光學顯微鏡。光學顯微鏡的「阿貝極限」究竟有沒有可能被突破呢?儘管每項科學技術的發展都會歷盡艱辛,只是沒想到,真正突破「阿貝極限」竟用了百餘年,在此期間數項新技術的發明起到了極為關鍵的作用!
  • 光學顯微鏡和電子顯微鏡的區別 光學顯微鏡和電子顯微鏡的區別是什麼
    顯微鏡的作用是通過放大物體的具體形態來研究物體的構造和具體的內部特徵, 主要應用於物理生物和醫學的方面,通過顯微鏡放大後,可以直觀的了解細胞和各種細小物體的內部做構造,來做出相應的研究,對疾病的治療有一定的幫助。顯微鏡有光學顯微鏡和電子顯微鏡,它們兩個有什麼區別呢?我們一起來看看吧!
  • 顯微鏡製造行業發展現狀及趨勢,螢光顯微鏡市場規模將擴大「圖」
    全球顯微鏡發展歷程數據來源:華經產業研究院整理中國顯微鏡製造產業上遊主要由光學玻璃、光學塑料、光學元器件與電子元器件等配件構成,產業中遊主要包括光學顯微鏡、電子顯微鏡和生物顯微鏡等各類顯微鏡,產業下遊為現代顯微鏡的多種應用領域,涵蓋生物科學、醫療製藥、化工材料分析及教學科研等方面。
  • 顯微鏡是如何發展來的?背後的故事你知道多少?
    下面我們就一起來了解一下顯微鏡的發展歷程吧!複式顯微鏡的出現1595年的一天,荷蘭一位名叫詹森(H.Janssen)的少年,無意中把兩片大小不同的凸透鏡重疊在一起。他把這個奇異的現象告訴了父親,父子兩人隨即動起手來,做出了第一個複式顯微鏡。複式顯微鏡的出現是一項裡程碑式的成就,我們今天所使用的光學生物顯微鏡就是由其發展而來的。
  • 光學顯微鏡的歷史
    有許多疾病,人們通過肉眼觀察,無法找到病因,只能任由疾病自由發展,對患者無能為力。隨著人類的發展,人們也在做著各種各樣的努力,想更多的認識這個世界。這個時候,有些我們看不清的細小東西,人們就想把它放大。
  • 光學顯微鏡的歷史
    有許多疾病,人們通過肉眼觀察,無法找到病因,只能任由疾病自由發展,對患者無能為力。隨著人類的發展,人們也在做著各種各樣的努力,想更多的認識這個世界。這個時候,有些我們看不清的細小東西,人們就想把它放大。探索放大的工具人們都知道,通過葉子上的露珠可以將葉片放大,那麼如何做到人工放大呢?
  • 八成光學顯微鏡是寧波製造
    中國顯微鏡標準委員會副主任委員、寧波永新光學總經理毛磊說,以前在這個會議上,中國的代表只有表決投票的義務,卻從來沒有制定過標準,也就意味著沒有話語權。不過,令他欣慰的是,由永新光學主導制定的國內首項顯微鏡國際標準ISO9345(顯微鏡成像系統及部件的重要尺寸)已於今年3月正式發布。
  • 光學顯微鏡_深圳市愛科學教育創新有限公司
    光學顯微鏡,深圳市愛科學教育創新有限公司,愛科學創新堅信擁有實力才會擁有未來,我們的文化是探索,創新。光學顯微鏡, 服務與多家企業建立了長期的合作關係。西派克全體員工再次參加培訓,對光學儀器有了大概的了解,主要學習了各種光學顯微鏡的分類,下面給大家介紹一下。如何保護金相顯微鏡的防黴處理?什麼顯微鏡能看到原子?
  • 光學顯微鏡的使用
    1.光學顯微鏡的構造  普通光學顯微鏡由機械和光學兩部分構成。
  • 匡翠方:讓國產高端光學顯微鏡走向世界
    推動高端光學顯微鏡產業化發展白駒過隙,彈指一揮間,2020年已是匡翠方來到浙江大學的第11個年頭了。由於受行業技術水平限制,國內具備生產高端顯微鏡的企業屈指可數,因此我國高端顯微鏡差不多90%都依賴於進口。」事實上,高端光學顯微鏡的市場前景非常廣闊。Grand View Research發布全球顯微鏡市場研究報告顯示,到2020年全球顯微鏡市場容量預計將達到95.4億美元。隨著科技發展和人們生活水平的提高,高端光學顯微鏡會更廣泛地應用於實驗室和醫療檢測等方面。
  • 晶片顯微鏡-光學顯微鏡的一種新方法
    由歐盟資助的ChipScope項目的研究人員正在開發一種全新的光學顯微鏡策略。 傳統的光學顯微鏡仍然是實驗室的標準設備,是光學基本定律的基礎。因此,解析度被衍射限制到所謂的「阿貝極限」——結構特徵小於200nm的最小值不能被這種顯微鏡分辨。
  • 中科院「超分辨光學顯微鏡」項目通過驗收
    ,標誌著中國具備了高端超分辨光學顯微鏡的研製能力。此外,項目成果中具有自主智慧財產權的特種LED光源體系已具備國際競爭力,支撐了包括新一代投影、光醫療儀器以及遠程照明等新興產業的快速發展;共聚焦顯微鏡也已完成工程化,擬進行產業化生產和銷售。  據了解,在當今生物學和基礎醫學研究中,高/超分辨光學顯微鏡發揮著至關重要的作用,10-100納米尺度的超分辨顯微光學成像是取得原創性研究成果的重要手段。
  • 國產光學顯微鏡獲突破 談談這個了不起的儀器
    而從顯微鏡誕生發展到今天,數百年歷史中並非一成不變,其中1931年電子顯微鏡的誕生,一定程度上奠定了現代顯微鏡的兩個大體發展方向——光學顯微鏡和電子顯微鏡。發展到今天,電子顯微鏡的放大倍率已經可以超過1500萬倍,就這一方面來說已經遠超光學顯微鏡。
  • 我國成功研製高端超分辨光學顯微鏡
    驗收專家組組長、中科院高能物理所柴之芳院士認為,該項目的成功實施,改善了我國高端光學顯微鏡基本依賴進口的狀況,對滿足我國生物醫學等前沿基礎研究的定製化需求、提升創新能力,以及推動我國光學顯微鏡行業轉型升級具有重要意義。
  • 光學顯微鏡的新發現
    新伊利諾州歐洲經委會項目組的一個新研究正在推進光學顯微鏡技術, 人們經常問這樣一個問題:「為什麼我們在光學顯微鏡下看不到或感覺不到納米級的物體?」教科書上的答案是,它們的相對信號很弱,它們的分離度小於阿貝的解析度極限。
  • 光學顯微鏡的成像原理
    光學顯微鏡是醫學、分析科學常用的一種光學儀器,在我們七年級學習生物的時候也曾運用過顯微鏡,通過它我們能看到肉眼看不到的動植物的細胞。那麼顯微鏡為什麼會有這麼大的放大能力呢?它的原理是怎樣的?一種簡單的光學顯微鏡它的主要部件是:反光鏡:用於反光以照亮載玻片上的微小物體;載物臺:放置載玻片;物鏡:成倒立、放大的實像;目鏡:成正立、放大的虛像;調節旋鈕:調節物距,使像清晰。