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第9章 显微镜

显微镜概述

望远镜是可以看到远处景物的一种光学仪器,那么显微镜又是什么呢?显微镜是用于放大微小物体,使微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。显微镜有光学显微镜和电子显微镜两种。1590年,荷兰的杨森父子发明了光学显微镜。光学显微镜在发明之后得到了很大的发展,现在的光学显微镜可以放大1500倍,用它能看到0.2微米的物体。光学显微镜有很多种类,主要有暗视野显微镜和荧光显微镜两种。暗视野显微镜具有暗视野聚光镜,它使照明的光束不从中央部分射入,而从四周射向被观察的物体;荧光显微镜则以紫外线为光源,使被照射的物体发出荧光。1931年,德国的克诺尔和哈罗斯卡在柏林将电子显微镜装配完成。这种显微镜与光学显微镜有所不同,它用高速电子束代替光学显微镜中的光束。由于电子流的波长比光波短得多,因此电子显微镜可以放大80万倍,用它能看到0.2纳米的物体。1963年之后,电子显微镜得到了广泛的运用。

显微镜是一项伟大的发明,它让人类见到了许多微小的生物,比如细菌和病毒等。人类通过使用显微镜还看到了生物的许多微小结构,如生物的细胞和线粒体的结构等,这就极大地促进了生物学的发展。显微镜除了在生物学领域发挥作用外,还在医学和工农业生产中发挥了重要的作用,比如对人血液中的红细胞进行计数等。

显微镜的种类

显微镜有光学显微镜和电子显微镜两种。光学显微镜就是利用光线为光源,经过光学透镜聚焦后使物体形成物像,从而对物体进行观察的一种光学仪器。光学显微镜一般简称为LM,依据光学显微镜成像的过程和构造的复杂性,可将光学显微镜分为简易显微镜和复式显微镜两种。

1.简易显微镜。简易显微镜是由一个或一组透镜组成的光学显微镜。这种显微镜具有自己的特点,那就是焦距较短,在进行观察时,人的眼睛要尽可能地接近透镜,透镜要尽可能地接近被观察的物体。简易显微镜产生的物像不够准确,它的放大倍数一般不会超过20倍,所以在进行科学实验时很少有人会用到这种显微镜,只有在进行简单的操作时人们才会使用它。

2.复式显微镜。复式显微镜是由两个或两组透镜组成的光学显微镜。这种显微镜一般放在实验室内,它的作用是供人观察生物标本,我们经常见到的显微镜就是这种类型。这种显微镜有两组透镜,一组接近被观察物体,我们称之为接物镜或简称物镜;另一组则接近眼睛,我们称之为接目镜或简称目镜。根据复式显微镜的功用和使用目的的不同,复式显微镜又可以分为立体显微镜和普通光学显微镜两种。

(1)立体显微镜。如果观察不透明的物体或生物标本的外部形态,那么人们通常使用立体显微镜。这种显微镜受到光源、景深和其他成像因素的影响,一般来说放大倍数不会超过60倍,它的成像效果相当好。

(2)普通光学显微镜。我们通常看到的都是普通光学显微镜,它主要是用来观察透明或近乎透明的物体。这种显微镜对被观察的物体有着较高的要求,用它可以对简单的低等生物进行观察,但是其他生物必须切成薄片,制作成临时或永久切片后,观察才可以进行。普通光学显微镜使用的光源有穿透标本的作用,因此生物体的器官组织结构或生物细胞的内部构造可以用它来进行观察。

电子显微镜的光源是波长极短的电子束,经电磁透镜聚焦后可以看到极小的物体,扫描式电子显微镜和穿透式电子显微镜是目前常用的两种电子显微镜。电子显微镜的简称是EM,根据电子显微镜成像的过程和构造的复杂性,可将电子显微镜分为扫描式电子显微镜和穿透式电子显微镜两种。由于这种显微镜我们平常很少用到,这里就不再一一介绍。

显微镜的发展

16世纪末,最早的显微镜开始出现。17世纪,显微镜运用到了科学研究上。意大利人马尔皮基是运用显微镜的先驱者,他首先把显微镜用于生物物体组织结构的观察,组织学和胚胎学从此产生。1661年,马尔皮基将通过显微镜研究得到的最初成果发表。马尔皮基发现了毛细血管的存在,这一发现让哈维血液循环学说更加完整,生物学领域由此变得充实起来。

在显微镜发展的道路上,荷兰科学家列文虎克做出了重要贡献。列文虎克是一位长寿学者,他有着强健的体魄、坚定的性格和敏锐的目光,除此之外,他那永不满足的好奇心和锲而不舍的进取精神更为他的科学研究提供了精神动力。列文虎克活了90多岁,在这90多年中,他以极大的热情投入到显微镜的研究中去。列文虎克一生制造了250多个显微镜,收集了400多个透镜,这些显微镜的放大倍数最高的可达200~300倍。列文虎克应用显微镜进行很多观察,他对肌肉组织、精子活动、微生物和红细胞等都进行了观察,并将毛细血管的功能描绘出来,从而使红细胞形态学研究得到了补充。

总之,16世纪末显微镜发明,17世纪显微镜开始应用于科学研究中。显微镜让人类的视野得到扩充,从此人类进入了一个微小的世界。随着显微镜的发展,生物学和医学等学科都得到了大踏步的前进。