显微镜之父

当列文虎克把他的显微镜对准一滴雨水的时候，他发现了其中的小小世界：无数的微生物游曳于其中。他把报告给了英国皇家学会，引起了轰动。人们有时候把列文虎克称为“显微镜之父”，严格的说。列文虎克没有发明第一个复合式显微镜，他的成就是制造出了高质量的凸透镜镜头。在接下来的两个世纪中，复合式显微镜得到了的完善，人们发明了能够消除色差和其他光学误差的透镜组。与19世纪的显微镜相比，现在我们使用的光学显微镜没有什么改进。
　　如果仅仅在纸上画图，你自然能够“制造”出任意放大倍数的显微镜。但是光的波动性将毁掉你完美的发明。即使消除掉透镜形状的缺陷，任何光学仪器仍然无法完美的成像。人们花了很长时间才发现，光在通过显微镜的时候要发生衍射——简单的说，物体上的一个点在成像的时候不会是一个点，而是一个衍射光斑。如果两个衍射光斑靠得太近，你就没法把它们分辨开来。显微镜的放大倍数再高也无济于事了。对于使用可见光作为光源的显微镜，它的分辨率极限是0.2微米。任何小于0.2微米的结构都没法识别出来。 黑背景显微镜在日常生活中，室内空气里的微粒灰尘是不容易看见的，但在黑暗的房间中(黑背景下)，若有一束光线从门缝斜射进来，灰尘微粒便粒粒可见了，这就是光学上的丁达尔现象，这也是在白天我们不能而在夜晚就能清晰地看到天上星星的原因。黑背景显微镜就是利用此原理设计的，观察血细胞的清晰度比普通亮背景显微镜有了大大提高，以黑背景高倍显微仪所看到的是衬托在黑背景中发亮的细胞轮廓及其细节。显微镜的最高分辨率为0.2微米，而黑背景显微镜能大大提高样品的细节构造分辨率，可看到0.004微米以上微细颗粒的存在，即可以看到亚显微结构，特别适合用来观察微细的颗粒与细菌等。在医学、林业、农业等众多领域研究中有着广泛用途。
　相差显微镜的基本原理是通过仪器，把透过显微标本的可见光的相位差变成振幅差，从而大大提高了标本内显微结构间的对比度，使标本结构更加清晰可辨。是介于光学显微镜与电子显微镜之间的一种显微检查技术，用于观察生活细胞或未经染色细胞的形态结构。生物细胞无色透明，细胞内各种结构间的反差很小，在一般光学显微镜下难以清晰观察到细胞的轮廓及内部结构，必须使用相差显微镜。
电子显微镜
　　提高显微镜分辨率的途径之一就是设法减小光的波长，或者，用电子束来代替光。根据德布罗意的物质波理论，运动的电子具有波动性，而且速度越快，它的“波长”就越短。如果能把电子的速度加到足够高，并且汇聚它，就有可能用来放大物体。
　　1938年，德国工程师Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世界上第一台透射电子显微镜（TEM）。1952年，英国工程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显微镜（SEM）。电子显微镜是20世纪最重要的发明之一。由于电子的速度可以加到很高，电子显微镜的分辨率可以达到纳米级（10-9m）。很多在可见光下看不见的物体——例如病毒——在电子显微镜下现出了原形。
　　扫描隧道显微镜用电子代替光，这或许是一个反常规的主意。但是还有更令人吃惊的。1983年，IBM公司苏黎世实验室的两位科学家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer发明了所谓的扫描隧道显微镜（STM）。这种显微镜比电子显微镜更激进，它完全失去了传统显微镜的概念。 　　很显然，你不能直接“看到”原子。因为原子与宏观物质不同，它不是光滑的、滴溜乱转的削球，更不是达·芬奇绘画时候所用的模型。扫描隧道显微镜依靠所谓的“隧道效应”工作。如果舍弃复杂的公式和术语，这个工作原理其实很容易理解。隧道扫描显微镜没有镜头，它使用一根探针。探针和物体之间加上电压。如果探针距离物体表面很近——大约在纳米级的距离上——隧道效应就会起作用。电子会穿过物体与探针之间的空隙，形成一股微弱的电流。如果探针与物体的距离发生变化，这股电流也会相应的改变。这样，通过测量电流我们就能知道物体表面的形状，分辨率可以达到单个原子的级别。