Mikroskope sind seit mehr als 3.000 Jahren in verschiedenen Formen im Einsatz. Die ersten Mikroskope waren extrem einfache Lupen aus Globen aus wassergefülltem Glas oder Chips aus transparentem Kristall. Es war bekannt, dass die alten Römer feste, perlenartige Glaslupen verwendeten. Kaiser Nero (a. d. 37-68) verwendete oft ein bisschen geschnittenen Smaragd, um seiner schlechten Sicht zu helfen.
Die ersten Linsen, die in primitiven Brillen verwendet wurden, wurden im späten dreizehnten Jahrhundert in Europa und China hergestellt., Zu diesem Zeitpunkt erkannte lenscrafters, dass die meisten Klarglas oder Kristall in eine bestimmte Form geschliffen werden könnte (in der Regel mit den Kanten dünner als die Mitte), um einen Vergrößerungseffekt zu erzeugen. Alle diese Einlinsenlupen werden als einfache Mikroskope bezeichnet.
van Leeuwenhoeks Linsen
Bis zur Wende des siebzehnten Jahrhunderts konnten die meisten einfachen Mikroskope eine Vergrößerung von 10 Leistung (Vergrößerung einer Probe auf das Zehnfache ihres Durchmessers) liefern. Ungefähr zu dieser Zeit begann der niederländische Draper und Amateuroptiker Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) mit dem Bau eigener Vergrößerungslinsen., Obwohl Leeuwenhoeks beispiellose Schleiffertigkeit immer noch auf Einzellinsen beruhte, erzeugte sie Mikroskope mit sehr hoher Leistung mit Vergrößerungen von bis zu 500 Leistung.
Um solche Ergebnisse zu erzielen, fertigte Leeuwenhoek extrem kleine Linsen, einige so winzig wie der Kopf eines Stiftes. Aufgrund der sehr kurzen Brennweite dieser Linsen (Brennweite ist der Fokusabstand vom Objekt zur Linse) musste das Mikroskop nur einen Bruchteil Zoll von der beobachteten Probe und dem Auge des Beobachters entfernt gehalten werden., Durch seine Minutenlinsen beobachtete Leeuwenhoek zum ersten Mal winzige „Animalcules“ (was wir heute als Bakterien und Protozoen kennen). Seine Ergebnisse brachten ihm internationale Anerkennung ein, und die einfachen Mikroskope, die er entwarf, gehören immer noch zu den am besten gefertigten.
Mehrfachlinsen verbessern die Vergrößerung
Die Grenzen der Einlinsenlupe waren für Wissenschaftler offensichtlich. Sie arbeiteten daran, ein praktisches System zu entwickeln, um die Mikroskopvergrößerung zu erhöhen. Der nächste Durchbruch in der Mikroskopie war die Erfindung des zusammengesetzten Mikroskops., Während die Herkunft dieses Geräts und die Identität seines Erfinders Gegenstand einiger Debatten sind, wurde die Erfindung des Verbundmikroskops im Allgemeinen dem niederländischen Optiker Zacharias Janssen (1580-circa 1638) zugeschrieben. Um 1590 stolperte Janssen angeblich über eine Idee für ein Mehrlinsenmikroskopdesign, das er dann konstruierte. Obwohl er seine Fähigkeit bestätigte, gibt es keine Aufzeichnungen darüber, dass Janssen seine Erfindung tatsächlich verwendete. Es wird jetzt angenommen, dass Janssens Sohn die Geschichte erfunden hat.,
Der niederländische Wissenschaftler Cornelius Drebbel behauptete, er habe 1619 das erste zusammengesetzte Mikroskop gebaut. Der Astronom Galileo (1564-1642) berichtete auch mit einem Zweilinsenmikroskop, um das Auge eines Insekts zu untersuchen und zu beschreiben.
Unabhängig von seinem Erfinder ist das Design des ursprünglichen Verbundmikroskops dem heute verwendeten sehr ähnlich. Zwei oder mehr Linsen sind in einer langen Röhre untergebracht. Einzeln ist keines der Objektive besonders leistungsstark., Das von der ersten Linse erzeugte Bild wird durch die zweite (und die dritte und vierte in einem Mehrlinsensystem) weiter vergrößert, wodurch letztendlich ein stark vergrößertes Bild entsteht. Darüber hinaus ermöglichen mehrere Objektive eine viel längere Brennweite. Dadurch können sowohl die Probe als auch das Betrachtungsauge in einem größeren Abstand von den Linsen platziert werden.
Der erste Wissenschaftler, der das Verbunddesign weiter verbesserte, war der Engländer Robert Hooke. Hooke war der erste Forscher, der die Struktur von Pflanzen mit einem Mikroskop beobachtete., Er fand sie aus winzigen ummauerten „Kammern“, die er Zellen nannte.
Zeiss und Abbe
Nach Hooke kam es in der Mikroskopie bis zur Zusammenarbeit des deutschen Herstellers von optischem Glas Carl Zeiss (1816-1888) und des deutschen Physikers Ernst Abbe (1840-1905) Mitte des 19. Jahrhunderts nur zu geringen Fortschritten.Abbe, allgemein als erster optischer Ingenieur anerkannt, übernahm 1876 Designaufgaben bei den Zeiss Optical Works. Die wissenschaftlichen Instrumente, die aus der Zusammenarbeit von Zeiss und Abbe entstanden sind, setzen neue Maßstäbe für optische Geräte., Zu ihren Erfindungen gehörten Linsen, die Unschärfen und Farbaberrationen (Defekte oder Unvollkommenheiten) korrigierten.
Elektronenmikroskop vergrößert Atome
Im zwanzigsten Jahrhundert hatte sich das wesentliche Design und die Form des Verbundmikroskops in die gleiche Form entwickelt, die wir heute kennen. Mikroskope, die in Schulen und kleinen Labors verwendet werden, können eine Vergrößerung von bis zu 400 Leistung erreichen. Fortschrittlichere Mikroskope, die in Forschungslabors verwendet werden, können ein Exemplar auf fast 1000 Leistung vergrößern., Diese Forschungsmikroskope verfügen häufig über binokulare Okulare, die auf einer Reihe von Prismen beruhen, um das Bild so zu teilen, dass es mit beiden Augen betrachtet werden kann. Sogar Trinokularmikroskope wurden entwickelt, die ein drittes Bild für eine Kamera erzeugen.
Die praktische Grenze für jedes zusammengesetzte Mikroskop beträgt 2.500 Leistung. Jahrhundert frustrierte diese begrenzte Vergrößerungsfähigkeit Wissenschaftler, die darauf bedacht waren, die Welt auf submikroskopischer und subatomarer Ebene zu betrachten., 1931 konstruierte der deutsche Wissenschaftler Ernst Ruska (1906-1988) das Elektronenmikroskop und erlaubte damit solche Untersuchungen.
Ähnlich wie ein zusammengesetztes Mikroskop verwendet das Elektronenmikroskop einen Elektronenstrahl, der durch magnetische Linsen fokussiert wird. Da Elektronen viel kleinere Wellenlängen besitzen als sichtbares Licht, kann das Elektronenmikroskop eine viel höhere Vergrößerung als lichtbasierte Instrumente liefern. Durch Elektronenmikroskope haben Wissenschaftler zuerst DNA-Stränge betrachtet., Seit Ruskas Erfindung wurden Instrumente wie das Rastertunnelmikroskop und das Feldionenmikroskop entwickelt.Diese Geräte sind in der Lage, die Aktivitäten und Strukturen einzelner Atome zu beobachten.