Лекция 1 Понятие микроскопа. Первые микроскопы. История микроскопии 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 1 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt • С точки зрения практического использования: микроскоп (от лат. Micros — малый и Scopein — рассматривать, наблюдать) — прибор, позволяющий получать увеличенное изображение объектов и структур, недоступных глазу человека. • С точки зрения механизма действия: система линз. 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 2 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt • Глаз человека способен различать детали объекта, отстоящие друг от друга не менее чем на 0,08 мм. • С помощью светового микроскопа можно видеть детали, расстояние между которыми составляет до 0,2 мкм. 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 3 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Электронный микроскоп позволяет получить разрешение до 0,1-0,01 нм. Устьице листа томата под электронным микроскопом 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 4 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Некоторые оптические свойства изогнутых поверхностей были известны еще Евклиду (300 лет до н.э.) и Птоломею (127-151 гг.), однако их увеличительная способность не нашла практического применения. Первые очки были изобретены Сальвинио дели Арлеати в Италии только в 1285 г. В 16 веке Леонардо да Винчи и Мауролико показали, что малые объекты лучше изучать с помощью лупы. 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 5 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Первый микроскоп был создан лишь в 1595 году Захариусом Йансеном, который смонтировал две выпуклые линзы внутри одной трубки, тем самым, заложив основы для создания сложных микроскопов. Фокусировка на исследуемом объекте достигалось за счет выдвижного тубуса. Увеличение микроскопа составляло от 3 до 10 крат. И это был настоящий прорыв в области микроскопии! 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 6 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt По другим источникам • 1590 - Hans & Zacharias Janssen (Голландия) создали первый составной микроскоп, поместив одну линзу позади другой. Они же являются изобретателями телескопа. • изобретателем микроскопа является C. J. DREBBEL (1572 - 1634). 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 7 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Быстрое распространение и совершенствование микроскопов началось после того, как Галилей (G. Galilei), совершенствуя сконструированную им зрительную трубу, стал использовать ее как своеобразный микроскоп (1609-1610), изменяя расстояние между объективом и окуляром. В этот период (XVI в.) закладывается фундамент современной микроскопии, благодаря исследованиям датских, английских и итальянских ученых. 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 8 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt В 1625 г. членом Римской «Академии зорких» (Akudemia dei lincei) И. Фабером был предложен термин «микроскоп». 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 9 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Ранний микроскоп Гука 1665 - Robert Hooke опубликовал книгу Micrographia по результатам своего изучения тонких срезов пробкового дуба при помощи составного микроскопа. Он впервые обнаружил и дал название базовой структурной единице растительной ткани – «клетка» и описал устройство микроскопа. 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 10 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 11 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 12 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Изобретение и усовершенствование микроскопа. Микроскоп Р. Гука. 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 13 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Antioni van Leeuwenhoek (1632-1723) Delft, Holland Левенгука часто ошибочно называют «изобретателем микроскопа» •1673 г. - Создал «простой» микроскоп с увеличением 275 раз и опубликовал зарисовки микроорганизмов в 1683 г.. •Описал бактерий, свободно живущих и паразитирующих простейших, клетки крови, микроскопических нематод •В 1673 написал письмо в Королевское Научное Общество Лондона, которое было публиковано в Philosophical Transactions of the Royal Society •В 1680 был выбран полноправным членом Королевского Общества, присоединившись к Robert Hooke. 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 14 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Микроскоп Левенгука представлял собой пластинку с расположенной в центре линзой. Наблюдателю нужно было смотреть через линзу на образец, закреплённый с другой стороны, через который проходил яркий свет от окна или свечи. Несмотря на простоту конструкции она позволила впервые увидеть эритроциты, бактерии, дрожжи, простейших, сперматозоиды , строение глаз насекомых и мышечных волокон, инфузории. Левенгук отшлифовал больше пятисот линз и изготовил, по крайней мере, 250 микроскопов различных типов, из которых сохранилось только 9. 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 15 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt В 1668 г. Е. Дивини, присоединив к окуляру полевую линзу, создал окуляр современного типа. В 1673 г. Гавелий ввел микрометрический винт, а Гертель предложил под столик микроскопа поместить зеркало. Таким образом, микроскоп стали монтировать из тех основных деталей, которые входят в состав современного биологического микроскопа. 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 16 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Идея Х.Г. Гертеля об освещении прозрачных объектов снизу с помощью зеркала впервые воплотилась в жизнь в микроскопах Э. Кельпепера. С 30-х гг. XVIII в. он начинает выпускать треножную модель сложного микроскопа, под столиком которого располагалось зеркало. В состав микроскопа входило несколько объективов, дававших увеличение от 25 до 275 раз. 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 17 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt 1670-1690 г.г. • Интенсивное развитие микроскопии в Италии. Первый сложный микроскоп в Италии был создан в 1670 г. Возможно Джузеппе Кампани (изобрел винтовой фокусирующий механизм, представленный на фотографии). 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 18 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Наряду с основной линией развития штатива, постепенно приближающей микроскоп к знакомому нам сегодня инструменту, в XVIII в периодически конструировались своеобразные модели. Например, для сближения объекта с объективом пытались использовать принцип строения циркуля. 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 19 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Простые и сложные микроскопы • Простые микроскопы могут достичь разрешения только около 2 микрон, в то время как сложные микроскопы были ограничены пределом разрешения 5 микрон из-за хроматических аббераций. Для преодоления этого барьера в 1695 г. D. GREGORY предложил комбинировать несколько линз с различной дисперсией. • В 1730 г. Chester More Hall заметил что недавно изобретенное кремневое стекло гораздо сильнее диспергирует цвета нежели «старое» “crown glass”. Он изобрел систему расположения вогнутой линзы следующей за выпуклой, что приводило к преобразованию всех цветов. Это была первая ахроматическая линза. • По другим источникам изобретателем ахроматической линзы был F. G. BEELDSNYDER (1735 - 1808) 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 20 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Знаменитый патент • George Bass был изготовителем ахроматических линз, но держал их изготовление в секрете, пока 20 лет спустя John Dollond не скопировал идею и не получил патент на ахроматические линзы в 1758 году. 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 21 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt • В 1824 г. громадный успех в микроскопии имела простая практическая идея Саллига, воспроизведенная французской фирмой Шевалье. Объектив, раньше состоявший из одной линзы, расчленен на части, его начали изготовлять из многих ахроматических линз. Так умножено число параметров, дана возможность исправления ошибок системы, и стало впервые возможным говорить о настоящих больших увеличениях - в 500 и даже 1000 раз. Граница предельного видения передвинулась от 2-х к 1 микрону. Далеко позади оставлен микроскоп Левенгука. • Винсент и Чарльз Шевалье впервые ввели в практику изготовления ахроматических объективов склеивание линз из разных сортов стекла канадским бальзамом, уничтожив тем самым преломление световых лучей на границе обеих линз. 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 22 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Giovanni Battista Amici В 1827 Giovanni Battista Amici построил микроскоп высокого качества, который являлся первым ахроматическим микроскопом. Он также показал важность тонкости покровного стекла и разработал концепцию «водной иммерсии». 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 23 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Joseph Lister В 1830 Joseph Jackson Lister решил проблему сферических аббераций, обусловленную прохождением света, через разные части одной линзы. Решение было найдено математически и опубликовано в Philosophical Transactions. 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 24 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Работы Луи Пастера – 1860 г. 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 25 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Abbe & Zeiss Ernst Abbe вместе с Carl Zeiss опубликовали в 1877 г. формулировку физического закона, который детерминирует разрешающее расстояние для объектива, известный как закон Аббе: «минимальное разрешающее растояние (d) пропорционально длине волны света (lambda), разделенной на числовую апертуру, которая пропорциональна углу конуса света, формируемого точкой на объекте на объективе» Ernst Abbe (1840—1905) 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 26 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt • E. Abbe и C. Zeiss изобрели масляную иммерсию • E. Abbe является автором диффракционной теории построения изображения Нельзя видеть объекты меньше полудлины волн и нельзя получить изображения меньше полудлины волны, т.е. меньше 1/4 микрона. Или с разными ухищрениями иммерсии, когда мы применяем среды, в которых длина волны меньше,- до 0,1 микрона. Волна лимитирует нас. Zeiss student microscope 1880 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 27 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Otto Schott (1851—1935) Otto Schott создал стеклянные цветокорректирующие линзы, убирающее, так называемый, вторичный спектр – «апохроматические» линзы в 1886. Благодаря работам Эрнста Аббе и Отто Шотта, появились оптические стёкла с высоким показателем преломления. William Hyde Wollaston (1766-1828) – знаменитый физик, внесший свой вклад как в физику, так и химию, ботанику, кристаллографию, оптику и астрономию. Самым знаменитым его изобретением является призма Волластона, без которой был бы невозможен такой вид микроскопии как дифференциально-интерференционный контраст (DIC). 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 28 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Georges Nomarski • Georges Nomarski (1919-1997) – физик польского происхождения, переехавший во Фрацию после Второй Мировой войны. Внес значительный вклад в разработку (DIC). Этот метод, будучи применен к прижизненной микроскопии биологических объектов, называется интерференционный контраст Номарского. • Келер (1866-1948) - разработал систему настройки освещения, применяемую и в настоящее время 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 29 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt Игрушка для королей 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 30 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 31 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt 1993-2005 J.Paul Robinson - Purdue University Cytometry Laboratories Slide 32 t:/classes/BMS524/524lect1.ppt
