Η ιστορία του Μικροσκοπίου

Είναι προφανές ότι η ιστορία του μικροσκοπίου συνδέεται άμεσα με την ιστορία της επιστήμης της οπτικής και φυσικά αποτέλεσε σταθμό στην εξέλιξη της βιολογίας. Είναι αρκετά περίεργο ότι αν και ο Δημόκριτος,   με την ατομική θεωρία του, υποστήριξε την ιδέα των σωματιδίων που είναι αόρατα με το μάτι, οι άλλοι σύγχρονοί του «σοφοί», όπως ο Ιπποκράτης, ο Αριστοτέλης, ο Θεόφραστος και άλλοι, δεν υποψιάστηκαν ότι μπορεί να υπάρχουν δομές τόσο μικρές που δεν μπορεί να τις διακρίνει το ανθρώπινο μάτι!

Οι αρχαίοι Έλληνες, Αιγύπτιοι και οι Ρωμαίοι δεν φαίνεται να διαθέτανε κάποια βοηθήματα για την όρασή τους.  Αυτό υποστηρίζεται και από μια επιστολή κάποιου Ρωμαίου γύρω στο 100 πΧ όπου γράφει ότι ήταν υποχρεωμένος να παραιτηθεί από τα αξιώματά του επειδή λόγω της ηλικίας του δεν μπορούσε πλέον να δει καλά και εξαρτιότανε από τους δούλους του. Πολλοί, έμμεσα συμπεραίνουν ότι οι αρχαίοι Έλληνες είχαν ανακαλύψει το μεγεθυντικό φακό εφόσον μπορούσαν να χαράξουν νομίσματα των οποίων οι λεπτομέρειες ξεπερνούν τη διακριτική ικανότητα του ανθρώπινου ματιού.  Το συμπέρασμα είναι απόλυτα σωστό αν και δεν έχει βρεθεί ακόμα τέτοιος φακός.  Η επεξεργασία του γυαλιού ήταν μεν γνωστή στην αρχαιότητα, η τεχνολογία όμως του γυαλιού δεν ήταν αναπτυγμένη σε τέτοιο βαθμό που να μπορούν να παράγουν απόλυτα διαφανές γυαλί.  Το πιθανότερο είναι να χρησιμοποιούσαν γυάλινες σφαίρες γεμάτες νερό, όπως άλλωστε αναφέρει και ο Σενέκας.

Ο όρος “Μικροσκόπιο” δεν υπήρχε στην αρχαία Ελληνική γλώσσα αλλά λέγεται ότι προτάθηκε για τη συγκεκριμένη συσκευή από τον διακεκριμένο Έλληνα φιλόσοφο και θεολόγο Ιωάννη Δημησιάνο, ο οποίος γεννήθηκε στην Κεφαλονιά το 1574,  ήταν μέλος της Ιταλικής Ακαδημίας Επιστημών και πέθανε στο Παρίσι το 1618.  Ήταν σύγχρονος του Γαλιλαίου και  ενέκρινε τους όρους Ηλιοσκοπία και Τηλεσκόπιο που χρησιμοποιούσε ο Γαλιλαίος.

Ο Ευκλείδης από την Αλεξάνδρεια στην Οπτική του γράφει ότι το φως έχει ευθύγραμμη πορεία και περιέγραψε το νόμο της ανάκλασης των φωτεινών ακτίνων.  Πίστευε ότι  οι φωτεινές ακτίνες ταξιδεύουν από τα μάτια προς τα αντικείμενα που βλέπει το μάτι και μελέτησε τη σχέση ανάμεσα στο πραγματικό μέγεθος των αντικειμένων και τη γωνία των ακτίνων κατά την έξοδο από το μάτι.

Ο Έρων από την Αλεξάνδρεια στο έργο του Catoptrica έδειξε με γεωμετρικά σχήματα ότι η πορεία που ακολουθούν η φωτεινή ακτίνα που ανακλάται από ένα επίπεδο καθρέφτη είναι η συντομότερη από οποιαδήποτε άλλη πορεία ανακλώμενης ακτίνας που μπορεί να σχεδιαστεί ανάμεσα στην πηγή και το σημείο παρατήρησης.

Ο Ρωμαίος τραγωδός Σενέκας, που γεννήθηκε περίπου το 1μΧ και πέθανε το 65 μΧ, λέγεται ότι είχε διαβάσει όλα τα βιβλία της Ρώμης κοιτάζοντας μέσα από μια γυάλινη σφαίρα γεμάτη με νερό που μεγέθυνε τα γράμματα.  Ο ίδιος γράφει χαρακτηριστικά ότι «Γράμματα όσο μικρά και αν είναι, φαίνονται μεγεθυσμένα και πιο καθαρά μέσα από μια γυάλινη σφαίρα γεμάτη με νερό».Η παλαιότερη αναφορά που γίνεται σχετικά με τη χρήση φακών για διευκόλυνση της όρασης, είναι από τον Πλίνιο τον Πρεσβύτερο, ο οποίος αναφέρει ότι το 23-79 μ.Χ ο Νέρωνας παρακολουθούσε τις μάχες των μονομάχων κοιτάζοντας μέσα από ένα σμαράγδι. Ο Νέρωνας όμως μάλλον χρησιμοποιούσε το σμαράγδι, που είναι πράσινο, είτε για να προστατεύει τα μάτια του απ’ τις ακτίνες του ήλιου, είτε, που είναι και το πιο πιθανό, λόγω του ότι ήταν πολύ εκκεντρικός.

Ο Κλαύδιος Πτολεμαίος, το 2ο π.Χ. αιώνα περιέγραψε ότι μια βέργα φαίνεται λυγισμένη όταν είναι μισοβυθισμένη στο νερό και μάλιστα υπολόγισε τη γωνία που φαίνεται η βέργα να είναι λυγισμένη με ακρίβεια ½ μοίρας.  Στη συνέχεια υπολόγισε με μεγάλη ακρίβεια το δείκτη διάθλασης του νερού.

Σύμφωνα με τον Πλήνιο οι γιατροί χρησιμοποιούσαν κομμάτια γυαλιού για να καυτηριάζουν πληγές.

Πολλά χρόνια αργότερα ο Άραβας IbnalHaitham γνωστός και με το όνομα Alhazen (962-1038 m.X.) στις μελέτες του χρησιμοποίησε σφαιρικά και παραβολικά κάτοπτρα και είχε υπ’  όψη του τα σφαιρικά σφάλματα.  Ακόμα μελέτησε τη μεγέθυνση που παράγεται από την διάθλαση των φωτεινών ακτίνων  όταν αυτές περνούν από το γυαλί στον ατμοσφαιρικό αέρα και αντίθετα.  Ο Alhazen έγραψε το πρώτο σύγγραμμα Οπτικής που αργότερα μεταφράστηκε στα Λατινικά με τον τίτλο Opticae Thesaurus  ενώ ακόμα περιέγραψε με πολλές λεπτομέρειες την ανατομία του ανθρώπινου ματιού και πως ο φακός του ματιού εστιάζει μια εικόνα στον αμφιβληστροειδή χιτώνα.

Το 1267 μ.Χ.  ο Roger Bacon στο έργο του «Perspectiva» αναφέρει ότι μικρά αντικείμενα μπορούν να παρατηρηθούν μεγεθυμένα μέσα από ένα τμήμα γυάλινης σφαίρας.  Φαίνεται μάλιστα να χρησιμοποίησε τα ίδια λόγια με εκείνα του Σενέκα που είχε πει 1350 χρόνια νωρίτερα (σύμπτωση;).

Οι κινέζοι φορούσαν πολύχρωμα γυαλιά πριν από εκατοντάδες χρόνια αλλά απ’ ότι φαίνεται, ήταν μόνο για κοσμητικούς λόγους και για να διώχνουν τους δαίμονες.

Η επόμενη αναφορά για τη χρήση γυαλιών γίνεται δώδεκα αιώνες αργότερα περίπου το 1280 – 1285 όταν στην Φλωρεντία της Ιταλίας άρχισαν να διαδίδονται τα γυαλιά χωρίς όμως να γίνει ποτέ γνωστό ποιος ήταν και αν ήταν ένας ο εφευρέτης τους. Το πρώτο πορτραίτο που παρουσιάζει κάποιο να φοράει γυαλιά είναι του Tomasso da Modena το 1352.

Τα γεγονότα που παίξανε σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη των οπτικών μικροσκοπίων:

1611    Ο Kepler πρότεινε τρόπο κατασκευής σύνθετου μικροσκοπίου.

1655    Ο Hook χρησιμοποίησε ένα σύνθετο μικροσκόπιο για να περιγράψει μικρούς πόρους σε τομές από  φελλό που τους ονόμασε “cells” δηλαδή κύτταρα.

1665 – Ο Robert Hooke περιγράφει τα κύτταρα παρατηρώντας λεπτές τομές φελλού.

1674    Ο Leeuwenhoek  ανάφερε  ότι  ανακάλυψε  τα πρωτόζωα και 9 χρόνια  αργότερα είδε και  περίγραψε βακτήρια για πρώτη φορά.

1833    Ο Brown  δημοσίευσε  τις μικροσκοπικές  του  παρατηρήσεις στις ορχιδέες και περίγραψε τον πυρήνα των κυττάρων.

Υποκυτταρικές δομές

1838    Οι Schleiden  and  Schwann  πρότειναν την κυτταρική θεωρία, παρατηρώντας ότι το εμπύρηνο κύτταρο είναι η δομική και η λειτουργική μονάδα στα φυτά και τα ζώα.

1857    Ο Kolliker περίγραψε μιτοχόνδρια σε μυϊκά κύτταρα.

1876    Ο Abbe ανάλυσε την επίδραση της περίθλασης στο σχηματισμό εικόνας στο μικροσκόπιο και έδειξε πώς μπορεί να βελτιωθεί ο σχεδιασμός των μικροσκοπίων.

1879    Ο Flemming περιέγραψε λεπτομερώς τη συμπεριφορά των χρωμοσωμάτων κατά τη μιτωτική διαίρεση σε ζωικά κύτταρα.

1881    Ο Retzius έδωσε λεπτομερείς περιγραφές πολλών ζωικών ιστών ενώ τις επόμενες δυο δεκαετίες μαζί με τον Cajal και άλλους ιστολόγους δημιούργησε μεθόδους χρώσης και έτσι έβαλε τα θεμέλια της μικροσκοπικής ανατομίας.

1882    Ο Koch χρησιμοποίησε χρωστικές ανιλίνης για να χρωματίσει μικροοργανισμούς και αναγνώρισε τα βακτήρια της φυματίωσης και της χολέρας.  Τις επόμενες δυο δεκαετίες, άλλοι βακτηριολόγοι, όπως οι Klebs  και Pasteur, αναγνώρισαν πολλούς παράγοντες υπεύθυνους για πολλές άλλες ασθένειες, εξετάζοντας χρωματισμένα παρασκευάσματα με το μικροσκόπιο.

1886    Ο Zeiss κατασκεύασε μια σειρά φακών, που είχε σχεδιάσει ο Abbe, που έδωσε τη δυνατότητα στους μικροσκοπιστές να παρατηρήσουν δομές μεγέθους στο όριο της θεωρητικής διακριτικής ικανότητας του μικροσκοπίου.

1898    Ο Golgi πρώτος παρατήρησε και περίγραψε το σωμάτιο Golgi χρησιμοποιώντας νιτρικό άργυρο ως χρωστική.

1924    Ο Lacassagne και οι συνεργάτες του ανάπτυξαν την τεχνική της αυτοραδιογραφίας για τον εντοπισμό ραδιενεργού πλουτώνιου σε βιολογικά παρασκευάσματα.

1930    Ο Lebedeff σχεδίασε και κατασκεύασε το πρώτο μικροσκόπιο συμβολής, ενώ το 1932, ο Zernicke επινόησε το μικροσκόπιο αντίθεσης φάσης.  Αυτές οι δυο ανακαλύψεις επίτρεψαν τη παρατήρηση ζωντανών αχρωμάτιστων κυττάρων να παρατηρηθούν για πρώτη φορά.

1941    Ο Coons χρησιμοποίησε αντισώματα συνδεμένα με φθορίζουσες χρωστικές για να εντοπίσει κυτταρικά αντιγόνα.

1952    Ο Nomarski σχεδίασε και πατεντάρισε το σύστημα αντίθεσης διαφορικής συμβολής για το οπτικό μικροσκόπιο που ακόμα έχει το όνομά του.

1981    Οι Allen και Inoue εφάρμοσαν την αύξηση της αντίθεσης μικροσκοπικών εικόνων με τεχνικές video.

Τα γεγονότα που παίξανε σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων:

1897    Ο Thompson εξαγγέλλει την ύπαρξη αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων που αργότερα ονομάστηκαν ηλεκτρόνια.

1924    Ο De Broglie πρότεινε ότι ένα κινούμενο ηλεκτρόνιο έχει κυματικές ιδιότητες.

1926    Ο Busch εστίασε δέσμη ηλεκτρονίων με μαγνητικούς φακούς.

1931    Οι Knoll και Ruska κατασκεύασαν το πρώτο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.

1934    Ο Martin παίρνει τη πρώτη βιολογική ηλεκτρονιογραφία από τη ρίζα του φυτού Neotius nidus avis.

1935    Ο Knoll έδειξε ότι είναι εφικτή η κατασκευή ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης, το οποίο όμως κατασκευάστηκε τρία χρόνια αργότερα από τον Von Ardenne.

1939    Οι Von Borries και Von Ruska κατασκεύασαν το πρώτο εμπορεύσιμο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο (Siemens) με διακριτικό όριο 10 nm.

1940    Οι Vance και Hillier  πρόσθεσαν σταθεροποιητή υψηλής τάσης σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο τύπου RCA με διακριτικό όριο 10 nm.

1941    Βελτίωση διακριτικού ορίου στα 2.2 nm. Από την εταιρεία Siemens.

1944    Ο Von Ardenne  βελτίωσε το διακριτικό όριο στα 1.5 nm.

1946    Ο Hillier βελτίωσε το διακριτικό όριο στο 1.0 nm.

1952    Οι Palade, Porter και Sjïstrand ανάπτυξαν μεθόδους μονιμοποίησης και κοπής λεπτών τομών που επίτρεψαν τη παρατήρηση πολλών ενδοκυτταρικών δομών.

1953    Οι Porter και Blum κατασκεύασαν το πρώτο υπερμικροτόμο που έγινε γενικά αποδεκτός για την αξιοπιστία του.

1956    Οι Glauert και Luft χρήσημοποίησαν εποξικές ρητίνες ως μέσο έγκλισης (Araldite και EPON αντίστοιχα).

1957    Οι Moor και Muhlethaler ανάπτυξαν την τεχνική της ψυκτοεξάχνωσης (freeze-etching) που αρχικά χρησιμοποίησε ο Steere.

 1960    Οι Depouy και συνεργάτες ανάπτυξαν το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο υπέρ-υψηλής τάσης, 106 Volts.

1965    Βγαίνει στο εμπόριο το πρώτο Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης από την Cambridge Instruments.

1969    Οι Boyde και Wood χρησιμοποιούν για πρώτη φορά το ΗΜΣ για την παρατήρηση βιολογικών παρασκευασμάτων.

1965-70 Κατασκευή ηλεκτρονικών μικροσκοπίων με διακριτικό όριο 0.3-0.6 nm από την εταιρεία Philips.

1970-80   Κατασκευή  ηλεκτρονικών  μικροσκοπίων με  διακριτικό όριο 0.2-0.3 nm από τις εταιρείες Philips, Jeol, Hitachi και Zeiss.

1980-90    Κατασκευή ηλεκτρονικών μικροσκοπίων με διακριτικό όριο 0.15  nm που έχoυν πολλούς αυτοματισμούς λόγω της εισαγωγής σε αυτά της ψηφιακής τεχνολογίας και είναι πιο εύκολα στη χρήση τους.

1990-2000   Το διακριτικό όριο παραμένει στα 0.15 nm ενώ τα μικροσκόπια γίνονται ακόμα  πιο αυτόματα και πιο εύκολα στη χρήση τους με το συνδυασμό τους με ηλεκτρονικούς υπολογιστές, συστήματα μικροανάλυσης και συστήματα παρατήρησης παγωμένων παρασκευασμάτων (κρυοτεχνικές, φυσική μονιμοποίηση), τηλεχειρισμός του μικροσκοπίου μέσω τηλεφωνικού δικτύου (SDN), τηλεδιάγνωση βλαβών του μικροσκοπίου κλπ.

2000-σήμερα.  Τα νέα ηλεκτρονικά μικροσκόπια βελτιώνονται ως προς την ευκολία της χρήσης τους με την ψηφιακή τεχνολογία.  Σταδιακά καταργείται η συμβατική φωτογράφιση και αντικαθίσταται με την ψηφιακή ενώ η όλη χρήση του μικροσκοπίου γίνεται μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή.

 

πηγές:

https://www.aua.gr/fasseas/istoria%20mikroskopias.htm

Κωνσταντίνος Φασσέας, Καθηγητής Γεωπονικού Πανεπιστημίου Αθηνών

Εικόνες:
– τo μικροσκόπιο του Robert Hooke: www.ucalgary.ca/…/cryo_chap14_3.html
– τo μικροσκόπιο του Antonie van Leeuwenhoek: ce.ecn.purdue.edu/…/ leeuwenhoek-microscope.gif
– υποκυτταρικές δομές: cell: www.press.uillinois.edu/…/ images/fig8.1b.gif – Προσαρμογή από το Κ.Π.Ε. ΚΑΣΤΟΡΙΑΣ 

Add a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Skip to toolbar