تاریخچه میکروسکوپ: از عدسی دستی تا فناوری نانو

میکروسکوپ، ابزاری حیاتی برای دیدن دنیای پنهان از چشم غیرمسلح است. از میکروسکوپ‌های نوری ساده که با نور مرئی کار می‌کنند تا میکروسکوپ‌های الکترونی و روبشی که امکان مشاهده ساختارهای اتمی را فراهم می‌آورند، تنوع گسترده‌ای در این ابزار وجود دارد. اما این فناوری شگفت‌انگیز از کجا آغاز شد؟ در این بخش، به سفری در تاریخچه میکروسکوپ می‌رویم تا سیر تکامل این وسیله‌ی کاربردی را بررسی کنیم.

نکات کلیدی

• نخستین میکروسکوپ‌ها، ابزارهای بزرگ‌نمایی ساده‌ای بودند که بیش از هزار سال پیش ساخته شدند.
• عدسی‌های نوآورانه و طراحی‌های جدید، پیشرفت‌های چشمگیری در فناوری میکروسکوپ در طول قرن نوزدهم میلادی به ارمغان آوردند.
• در قرن بیستم، میکروسکوپ‌های پیشگامانه‌ای مانند میکروسکوپ الکترونی و میکروسکوپ تونلی روبشی ظهور کردند.

سال‌های آغازین: از عدسی‌های دستی تا نخستین مشاهدات سلولی

• حدود سال ۱۰۰۰ میلادی: نخستین ابزار کمکی بینایی به نام "سنگ مطالعه" ساخته شد (سازنده ناشناس). این ابزار، کره‌ای شیشه‌ای بود که با قرار گرفتن روی متن، آن را بزرگ‌تر نشان می‌داد.
• حدود سال ۱۲۸۴ میلادی: سالوینو دِآرماتِه، مخترع ایتالیایی، به عنوان سازنده اولین عینک‌های طبی قابل حمل شناخته می‌شود.
• ۱۵۹۰ میلادی: زاکاریاس جانسن و پسرش هانس جانسن، دو عینک‌ساز هلندی، با قرار دادن چند عدسی در یک لوله آزمایش کردند. آن‌ها مشاهده کردند که اشیاء دیده شده از طریق لوله، بسیار بزرگ‌تر به نظر می‌رسند و بدین ترتیب، هم تلسکوپ و هم پیش‌ساز میکروسکوپ مرکب اختراع شد.
• ۱۶۶۵ میلادی: رابرت هوک، فیزیکدان انگلیسی، با استفاده از یک میکروسکوپ، برش نازکی از چوب پنبه را بررسی کرد و "حفره‌ها" یا "سلول‌ها" را در آن مشاهده نمود. این مشاهدات، گامی مهم در شناخت ساختار سلولی موجودات زنده بود.
• ۱۶۷۴ میلادی: آنتون وان لیوونهوک، میکروسکوپ ساده‌ای با تنها یک عدسی ساخت تا خون، مخمر، حشرات و بسیاری از اشیاء کوچک دیگر را بررسی کند. او نخستین کسی بود که باکتری‌ها را توصیف کرد و همچنین روش‌های جدیدی برای سایش و صیقل دادن عدسی‌های میکروسکوپ ابداع کرد. این تکنیک‌ها امکان ایجاد انحناهایی را فراهم می‌کردند که بزرگنمایی تا ۲۷۰ برابر را امکان‌پذیر می‌ساختند، که بهترین عدسی‌های موجود در آن زمان بودند.

دهه ۱۸۰۰: بهبود کیفیت تصویر و افزایش قدرت تفکیک

• ۱۸۳۰: جوزف جکسون لیستر با نشان دادن اینکه استفاده از چندین عدسی ضعیف در فواصل معین به طور همزمان، بزرگنمایی خوبی بدون تاری تصویر ایجاد می‌کند، ابیراهی کروی (یا "اثر رنگی") را کاهش داد. این یافته، نمونه اولیه میکروسکوپ مرکب مدرن بود.
• ۱۸۷۲: ارنست آبه، که در آن زمان مدیر تحقیقات کارخانه اپتیک زایس بود، یک فرمول ریاضی به نام "شرط سینوسی آبه" را تدوین کرد. این فرمول، محاسباتی را ارائه می‌داد که امکان دستیابی به حداکثر تفکیک‌پذیری ممکن در میکروسکوپ‌ها را فراهم می‌کرد.

قرن بیستم: انقلاب در میکروسکوپ و دیدن دنیای اتمی

• ۱۹۰۳: ریچارد زیگموندی، میکروسکوپ فرامیکروسکوپ را توسعه داد که قادر به مطالعه اشیاء کوچکتر از طول موج نور بود. به همین دلیل، او در سال ۱۹۲۵ برنده جایزه نوبل شیمی شد.
• ۱۹۳۲: فریتز زرنیک، میکروسکوپ فاز کنتراست را اختراع کرد که امکان مطالعه مواد بیولوژیکی بی‌رنگ و شفاف را فراهم می‌کرد. او به خاطر این اختراع در سال ۱۹۵۳ برنده جایزه نوبل فیزیک شد.
• ۱۹۳۱: ارنست روسکا به طور مشترک میکروسکوپ الکترونی را اختراع کرد و به خاطر آن در سال ۱۹۸۶ برنده جایزه نوبل فیزیک شد. میکروسکوپ الکترونی برای مشاهده یک جسم به جای نور، به الکترون‌ها متکی است. الکترون‌ها در خلاء شتاب داده می‌شوند تا طول موج آنها بسیار کوتاه شود - فقط 0.00001 طول موج نور سفید. میکروسکوپ‌های الکترونی امکان مشاهده اجسامی به کوچکی قطر یک اتم را فراهم می‌کنند.
• ۱۹۸۱: گِرد بینینگ و هاینریش روهرر، میکروسکوپ تونلی روبشی را اختراع کردند که تصاویر سه بعدی از اشیاء تا سطح اتمی ارائه می‌دهد. آنها به خاطر این دستاورد در سال ۱۹۸۶ برنده جایزه نوبل فیزیک شدند. میکروسکوپ تونلی روبشی قدرتمند، یکی از قوی‌ترین میکروسکوپ‌ها تا به امروز است.