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显微镜的发展史 班级 生物工程一班学生 王鹤学号 0909034115 显微镜是一种借助物理方法产生物体放大影像的仪器 最早发明于16世纪晚期 至今已有四百多年的历史 现在 它已经成为了一种极为重要的科学仪器 广泛地用于生物 化学 物理 冶金 酿造 医学等各种科研活动 对人类的发展做出了巨大而卓越的贡献 随着现代光电子技术和计算机的高速发展 显微测量技术在上业 国防 科技均得到了广泛应用 本文就对显微镜的发展及分类作个概述 显微镜 显微镜的历史 光学是研究光波传播规律的科学 而显微镜的发展是在对光学的研究基础上发展起来的 我国春秋时的 墨经 和古希腊学者欧几里德的 反射光学 都对光学的研究有所记载 后来经过伽利略 牛顿 惠更斯 菲涅耳 夫琅和费 麦克斯韦 爱因斯坦等科学家的努力 光学已发展成为物理学中一门极为重要的基础学科 形成了严格的数学理论方法及实验方法 研究光的一个分支便是光学仪器 显微镜 世界上第一台显微镜 第一台金相显微镜 第一台电子显微镜 倒置显微镜 偏振光显微镜 荧光显微镜 相差显微镜 扫描隧道电子显微镜 STM 创造生物显微镜的最初想法 早年的列文虎克由于父亲的早逝 妈妈无力负担他求学16岁时 就来到首都阿姆斯特丹的一个杂货铺里当了学徒 虽然天天早起晚睡 干着脏活累活 然而 他却并没有多少的怨言 因为来到这里虽然时间不长 他却有幸结识了杂货铺对面一位和善的老大爷 老人家中藏书丰富 博学多识 他给年轻的列文虎克 出生于1655年 讲了许多充满神奇色彩的新鲜而有趣的故事 这使列文虎克懂得了想要知道的关于大自然奥秘的许多东西 于是 他一有空暇就向老人求教 在老人那里借阅图书 老人也非常喜欢这个爱读书 爱提问的好孩子 后来 在一天深夜 他正在伏案读书时 被隔壁眼镜店作坊的工匠磨制镜片的沙沙作响的声音吸引住了 他放下手中的书本 悄悄来到眼镜作坊里 他望着工匠们磨出的一块块镜片 脑际突然浮现出一个奇怪的念头 如果能磨出一块特殊的镜片 让我们能看清许多用肉眼看不清 看不到的东西该多好哇 就是这样一个灵感似的奇想 竟从此使他下定了磨制一块 魔镜 的决心 从此以后 列文虎克拜一位老工匠为师 虚心求教 有一天 这位老师傅给列文虎克讲了这样一件事 老师傅的孙子有一天偶尔将两块磨制好的透镜叠在一起放在一张废纸上看上面的字 只见这些字比原来的大好多倍 老师傅马上拿过这两块镜片放在孙子头上看头发 突然发现头发像铁丝一样粗 老师傅讲的这件事引起列文虎克的极大兴趣 他发誓一定要磨制出比眼镜镜片更精制 用途更广泛的镜片 为了达到目的 他的手磨破了 腿跪麻了 有时 手指上的鲜血顺着磨破的伤口流淌 浸湿了镜片 有时 他磨至深夜也毫无倦意 实在累了 就蜷缩在屋角和衣而卧 功夫不负有心人 一滴汗水换来一份收获 他辛勤地劳动最后结出了丰收的果实 他终于磨成了两块光亮精巧的透镜 他将镜片叠起来看鸡毛 只见一根鸡毛上被放大了的绒毛像树枝一样排列着 接着 他试着将重叠在一起的两块镜片间的距离上下变化 只见随着镜片间距离的变化 直接影响着观察的效果 那么 怎样将这两块镜片各自固定起来 同时又能自由地上下调节距离呢 一个新的难题又摆在了他的面前 为了解决新的难题 列文虎克一连几天苦苦地思索着 一天 他在干完杂货铺的工作后来到大街上 边走边思索 忽然间 他被一阵丁丁冬冬的响声所吸引 猛然抬头往左一看 是一家铁铺在打铁 于是他来到铁铺里 看到了铁匠们打制出的一件件铁器 这时 他忽而又想到 如果能让铁匠打制一个铁架和一个铁筒 将镜片固定在镜筒的两头 然后再固定在铁架上 这样观察不是既省力又方便吗 想法既出 马上他就找了铁匠师傅 将自己的想法告诉他们 没过几天功夫 列文虎克按照自己的设想所发明的第一架显微镜终于诞生了 公元十一世纪 我国宋代的沈括在 梦溪笔谈 中记载了凹面镜 凸面镜的成像规律 测定凹面镜焦点的原理等创造性的阐述十三世纪 培根描述了透镜焦点的位置 提出了用透镜校正视力和采用透镜组构成望远镜的可能性 十四世纪 阿玛蒂发明了眼镜 十六世纪 荷兰人列文虎克研制出放大200多倍的显微镜 使人们看到了细菌和细胞发现了一个由细菌等微生物组成的微观世界 十七世纪 达森和冯特纳制作了世界上最早的复台显微镜1619年 伽利略首创了两级放大的显微镜 显微镜的发展 显微镜的分类 显微镜主要是由物镜和目镜组成 物镜的焦距很短 目镜的焦距很长 物镜的作用是得到物体放大实像 目镜的作用是将物镜所成的实像作为物体进一步放大为虚像 显微镜中通过聚光镜照亮标本 再通过物镜成像 经过目镜放大 最后通过眼睛的晶状体投影到视网膜 显徽镜按工作原理和它的组成结构可分为光学显微镜和电子显微镜 1 光学显微镜 光学显徽镜的成像原理是以光为介质 利用可见光照射在物体的表面 造成了局部散射或反射来形成不同的对比 然后再对被物体调制了的信息进行解调便可得物体的空间信息 光学显微镜又分为传统的光学显微镜和近场显微镜 传统的光学显微镜 远场光学显微镜 的光路原理如图 近场光学显微镜 近场光学显微镜是对远场光学显锻镜的革命性发展近场显微镜的特点是样品照明和样品收集这两者必须至少有一个是工作在近场 而传统光学显微镜两者都工作在远场 近场显微镜采取的是网络状扫描成像的方法 常用的近场显微镜有扫描隧道显维镜和原子力显微镜 电子显微镜 电子显微镜的成像原理是根据电子光学原理 以电子束为介质 用电子束和电子透镜代替传统的光束和光学透镜 电子显微镜利用电磁场偏折 聚焦电子及电子与物质作用所产生散射之原理来研究物质构造及细微结构的精密仪器 电子显微镜的构造与光学显微镜的原理相似 由三部分组成 即聚光镜 物镜和投影镜 目镜 它的光路原理如图 穿透式电子显微镜 TEM 穿透式电子显微镜主要由照明系统 成像系统 影像转换系统和真空系统组成 透射式电子显微镜的解像能力及仪器的整体性能主要由电子枪决定 电子枪主要由阴极和阳极组成 阴极 灯丝 作为电子源 阳极是用来作为电子束的加速用的 由于电子易散射或被物体吸收 故穿透力低 必须制备更薄的超薄切片 通常为50 100nm 其制备过程与石蜡片片相似 但要求极严格 透射式电子显微镜主要特点为热场发射电子枪 分析型高分辨极靴 高分辨分析型电镜等 主要用于显微结构分析 晶粒形貌 晶体缺陷 纳米颗粒大小 界面结构 高分辨晶格像 微区成分分析等 透射式电子显微镜常用于观察那些用普通显微镜所不能分辨的细微物质结构 其它的显微镜 扫描式电子显微镜 SEM 扫描穿透式电子显微镜 STEM 激光共焦显微镜 显微镜的发明使生物学的研究有了强有力的工具 随着科学技术的进步 各种光学显微镜 超声显微镜 电子显微镜相继诞生 形成了兴旺发达的显微镜大家族 成为人们洞察微观世界的必不可少的眼睛 展望 许多年来 人们一直致力于提高显微镜的分辨能力和成像衬度 随着计算机技术和工具的不断进步 光学设计的理论和方法也在不断改进 学科的交叉和联系越来越紧密 使得显微镜与激光 计算机 新材料技术 信息技术相结台 显微成像技术大大提高 近年来随着近场穿透式电子显微镜 扫描式电子显微镜以及激光共焦显微镜