Optisko mikroskopu darbības princips un attīstības vēsture
Optiskais mikroskops (īsumā OM) ir optiskais instruments, kas izmanto optiskos principus, lai palielinātu un attēlotu mazus objektus, kurus cilvēka acis nevar atšķirt, lai cilvēki varētu iegūt informāciju par mikrostruktūru.
Jau pirmajā gadsimtā pirms mūsu ēras tika atklāts, ka, novērojot mazus objektus caur sfēriskiem caurspīdīgiem objektiem, tos var palielināt un attēlot. Vēlāk pamazām guvu izpratni par likumu, ka sfēriskas stikla virsmas var palielināt un attēlot objektus. 1590. gadā briļļu ražotāji Nīderlandē un Itālijā jau bija radījuši mikroskopiem līdzīgus palielināmos instrumentus. Ap 1610. gadu Itālijas Galilejs un Vācijas Keplers, pētot teleskopus, mainīja attālumu starp objektīvu un okulāru, lai iegūtu saprātīgu mikroskopu optiskā ceļa struktūru. Tajā laikā optiskie amatnieki nodarbojās ar mikroskopu izgatavošanu, popularizēšanu un uzlabošanu.
17. gadsimta vidū izcilu ieguldījumu mikroskopu izstrādē sniedza Roberts Huks no Anglijas un Lēvenhuks no Nīderlandes. Ap 1665. gadu Huks pievienoja rupjus un mikro fokusēšanas mehānismus, apgaismojuma sistēmas un darbagaldus priekšmetstikliņu pārnešanai uz mikroskopu. Šīs sastāvdaļas ir nepārtraukti pilnveidotas un kļuvušas par mūsdienu mikroskopu pamata sastāvdaļām.
Laikā no 1673. līdz 1677. gadam Levins Huks izstrādāja vienkomponenta palielināmā stikla tipa lieljaudas mikroskopu, no kuriem deviņi ir saglabājušies līdz mūsdienām. Huks un Levins Huki sasniedza izcilus sasniegumus dzīvnieku un augu organismu mikrostruktūras izpētē, izmantojot paštaisītus mikroskopus. 19. gadsimtā augstas kvalitātes ahromatiskās iegremdēšanas lēcu parādīšanās ievērojami uzlaboja mikroskopu spēju novērot smalkas struktūras. 1827. gadā Ārčijs bija pirmais, kurš izmantoja iegremdējamās lēcas. 1870. gados vācu abats ielika klasisko teorētisko pamatu mikroskopiskajai attēlveidošanai. Tie visi veicināja mikroskopu ražošanas un mikroskopiskās novērošanas tehnoloģijas straujo attīstību un nodrošināja spēcīgus rīkus biologiem un medicīnas zinātniekiem, tostarp Koham un Pastēram, lai atklātu baktērijas un mikroorganismus 19. gadsimta otrajā pusē.
Līdz ar paša mikroskopa struktūras attīstību arī mikroskopiskās novērošanas tehnoloģija nemitīgi ievieš jauninājumus: polarizētā mikroskopija parādījās 1850. gadā; 1893. gadā parādījās interferences mikroskopija; 1935. gadā holandiešu fiziķis Zernike izveidoja fāzes kontrasta mikroskopiju, par ko 1953. gadā ieguva Nobela prēmiju fizikā fizikā.
Klasiskais optiskais mikroskops ir vienkārši optisko komponentu un precīzu mehānisko komponentu kombinācija, izmantojot cilvēka aci kā uztvērēju, lai novērotu palielināto attēlu. Vēlāk mikroskopam tika pievienota fotografēšanas ierīce, kurā kā uztvērējs ierakstīšanai un uzglabāšanai tika izmantota gaismjutīga plēve. Mūsdienās fotoelektriskos komponentus, televīzijas kameras un lādiņu savienotājus parasti izmanto kā mikroskopu uztvērējus, kurus apvieno ar mikrodatoriem, veidojot pilnīgu attēla informācijas iegūšanas un apstrādes sistēmu.
Optiskās lēcas, kas izgatavotas no stikla vai citiem caurspīdīgiem materiāliem ar izliektām virsmām, var palielināt un attēlot objektus, un optiskie mikroskopi izmanto šo principu, lai palielinātu mazus objektus līdz izmēram, kas ir pietiekams, lai cilvēka acs tos varētu novērot. Mūsdienu optiskie mikroskopi parasti izmanto divus palielinājuma posmus, katru pabeidzot ar objektīvu un okulāru. Novērotais objekts atrodas objektīva lēcas priekšā, un pēc tam, kad to vispirms palielina objektīvs, tas veido apgrieztu reālu attēlu. Pēc tam šo reālo attēlu otrajā posmā palielina objektīvs, veidojot iedomātu attēlu. Tas, ko redz cilvēka acs, ir iedomāts attēls. Mikroskopa kopējais palielinājums ir objektīva palielinājuma un okulāra palielinājuma rezultāts. Palielinājuma koeficients attiecas uz lineāro izmēru palielinājuma koeficientu, nevis uz laukuma attiecību.
