显微镜的发明和使用对微观

① 显微镜的发明和使用对微观生物学的发展起到什么作用

使得科学研究跨出了从宏观到微观的巨大进步。

② 显微镜的发展史

显微镜是人类世纪最伟大的发明物之一。在它发明出来之前，人类关于周围世界的观念局限在用肉眼，或者靠手持透镜帮助肉眼所看到的东西。

显微镜把一个全新的世界展现在人类的视野里，人们第一次看到了数以百计的“新的”微小动物和植物，以及从人体到植物纤维等各种东西的内部构造。显微镜还有助于科学家发现新物种，有助于医生治疗疾病。

最早的显微镜是16世纪末期在荷兰制造出来的。发明者是亚斯·詹森,荷兰眼镜商，或者另一位荷兰科学家汉斯·利珀希，他们用两片透镜制作了简易的显微镜，但并没有用这些仪器做过任何重要的观察。

后来有两个人开始在科学上使用显微镜。第一个是意大利科学家伽利略。他通过显微镜观察到一种昆虫后，第一次对它的复眼进行了描述。第二个是荷兰亚麻织品商人列文虎克（1632年-1723年），他自己学会了磨制透镜。他第一次描述了许多肉眼所看不见的微小植物和动物。

1931年，恩斯特·鲁斯卡通过研制电子显微镜，使生物学发生了一场革命。这使得科学家能观察到像百万分之一毫米那样小的物体。1986年他被授予诺贝尔奖。

(2)显微镜的发明和使用对微观扩展阅读：

成像的原理：

1、光学显微镜

光学显微镜主要由目镜、物镜、载物台和反光镜组成。目镜和物镜都是凸透镜，焦距不同。物镜的凸透镜焦距小于目镜的凸透镜的焦距。物镜相当于投影仪的镜头，物体通过物镜成倒立、放大的实像。目镜相当于普通的放大镜，该实像又通过目镜成正立、放大的虚像。

经显微镜到人眼的物体都成倒立放大的虚像。反光镜用来反射，照亮被观察的物体。反光镜一般有两个反射面：一个是平面镜，在光线较强时使用；一个是凹面镜，在光线较弱时使用，可会聚光线。

2、电子显微镜

电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。

电子显微镜的分辨能力以它所能分辨的相邻两点的最小间距来表示。20世纪70年代，透射式电子显微镜的分辨率约为0.3纳米(人眼的分辨本领约为0.1毫米)。

现在电子显微镜最大放大倍率超过300万倍，而光学显微镜的最大放大倍率约为2000倍，所以通过电子显微镜就能直接观察到某些重金属的原子和晶体中排列整齐的原子点阵。

显微镜的保养

1、显微镜在从木箱中取出或装箱时，右手紧握镜臂，左手稳托镜座，轻轻取出。不要只用一只手提取，以防显微镜坠落，然后轻轻放在实习台上或装 入木箱内。

2、显微镜放到实习台上时，先放镜座的一端，再将镜座全部放稳，切不可使镜座全面同时与台面接触，这样震动过大，透镜和微调节器的装置易损坏。

3、显微镜须经常保持清洁，勿使油污和灰尘附着。如透镜部分不洁时，用擦镜纸轻擦，如有油污，先将擦镜纸蘸少许二甲苯拭去。

4、显微镜不能在阳光下暴晒和使用。

5、接目镜和接物镜不要随便抽出和卸下必须抽取接目镜时，须将镜筒上口净用布遮盖，避免灰尘落入镜筒内。更换接物镜时，卸下后应倒置在清洁的台面下，并随即装入木箱的置放接物镜的管内。

6、显微镜用完后，取下标本片，经聚光器降下，再将物镜转成“八”字形，转动粗调节器使镜筒下降，以免接物镜与聚光器相碰。

7、显微镜应放在干燥的地方，以防生霉。

③ 电子显微镜是如何发明的

人类的第三只眼

——1931年电子显微镜的发明

1931年，德国科学家恩斯特·鲁斯卡与组长马克斯·克诺尔博士制成了世人公认的第一台电子显微镜。1932年，恩斯特·鲁斯卡发表了以“几何电子光学的进展”为题的论文，第一次使用电子显微镜的名称，所以这一年被认为是电子显微镜的发明年份。

除了动植物以外，自然界还有一个庞大的生物世界，就是微生物。它们都很小，小到把几亿个微生物堆积在一起时，也只有一粒米那么大小。显微镜的发明打开了人类通向微生物等微观世界的大门。1590年，杨斯岑兄弟发明了世界上最早的显微镜。17世纪中期人类发明了光学显微镜，18世纪荷兰人列文·虎克借助显微镜发现了组成动植物身体的细胞，逐步认识了细胞核及其作用，这是显微镜发展史上的第一个里程碑。

随着对细胞的不断深入研究，光学显微镜的局限性日益明显。由于它以可见光作为光源，分辨能力受到光波影响，无法进一步了解细胞的微细结构。人们期待分辨本领更高、功能更强的超级显微镜。

1931年，生于德国海德尔堡的工程师恩斯特·鲁斯卡在其组长马克斯·克诺尔博士指导下对显微镜进行了自16世纪荷兰人加装第二块透镜以来最重要的革新：他们研制出了一台电子显微镜。这台显微镜能将物体放大十几倍。1932年，恩斯特·鲁斯卡致力于提高电子显微镜的分辨本领，在德国《物理学进展》杂志上发表了以“几何电子光学的进展”为题的论文，第一次使用电子显微镜的名称。此后，电子显微镜成了20世纪后期科学家对微观物质结构和生命形式进行探索的强有力的工具。

有两次“发现”为克诺尔和鲁斯卡的研究奠定了基础。1924年，法国物理学家路易·德布罗意发现电子束呈波状运动，但其波长要比光的波长短得多。德布罗意的发现意味着如果能找到使电子束聚集的方法，就能将其用来放大物像。两年后，德国物理学家汉斯·布施发现了调节焦点所产生的效果：电磁场或静电场中不再有电子了。实际上，电磁场或静电场成了一个透镜，电子变成了光。结合两者，电子显微镜被发明并以惊人的速度发展。

20世纪30年代末，德国西门子公司、英国的大都会·维克尔公司和美国无线电公司等这样的著名高科技公司，完善了电子透镜的基本原理，将电子束聚集在真空腔内形成的电磁场或静电场中，从而达到放大物体的目的。1938年，可将照片放大3万倍的电子显微镜研制成功。

此后，出现了一种改进型的电子显微镜，这种显微镜可将物体放大10万倍。伴随着技术和设备的不断改进和提高，人们终于实现了观察原子的理想。光学显微镜的最高分辨本领约为200纳米，与此相对应的最高有效放大倍数是1500倍。现代高分辨电子显微镜的分辨本领已达0.1纳米、放大倍数在150万倍以上，这相当于把一个直径4米的气球放大到地球那么大。它还可以把原子放大成一个个小馒头那么大，那么清晰可见。

这里，要提一句的是，从19世纪末到20世纪20年代，尽管已有不少杰出的科学家发现了电子束可以聚焦并得到了成像公式，但为什么没有引导他们让电子束代替光束发明电子显微镜呢?主要原因之一是他们远离科学实验。而鲁斯卡敢于排除人们的偏见和责难，勇于实践，终于发明了电子显微镜。

④ 人类发明和使用显微镜,放大镜的资料

显微镜是由光源聚光器、目镜和物镜组成复式显微放大装置。显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。显微镜分光学显微镜和电子显微镜：光学显微镜是在1590年由荷兰的杨森父子所首创。现在的光学显微镜可把物体放大1600倍，分辨的最小极限达0.1微米。

早在公元前一世纪，人们就已发现通过球形透明物体去观察微小物体时，可以使其放大成像。后来逐渐对球形玻璃表面能使物体放大成像的规律有了认识。

最早的显微镜是16世纪末期在荷兰制造出来的。发明者可能是一个叫做札恰里亚斯·詹森的荷兰眼镜商，或者另一位荷兰科学家汉斯·利珀希，他们用两片透镜制作了简易的显微镜。

放大镜是用来观察物体细节的简单目视光学器件，是焦距比眼的明视距离小得多的会聚透镜。历史上关于透镜的最早记录是大约公元前700年，亚述人用水晶制作的。古埃及、希腊和巴比伦也有类似的镜片。古罗马和希腊人用盛水的玻璃容器做透镜。玻璃放大镜是直到十三世纪才有的事。罗杰·培根(Roger Bacon)用玻璃片制作成放大镜，并推荐别人用它们来阅读。他的设计来源于十世纪的伊斯兰数学家、物理学家和天文学家阿尔哈真(Alhazen，全名是Abu Ali al-Hasan Ibn al-Haitham)。在十一世纪到十三世纪中间，为了阅读经卷，僧侣也使用一种叫阅读石的透镜，它其实就是抛成两半的玻璃球。阅读石被逐渐被改良，人们发现越薄的透镜放大效果越好。

⑤ 显微镜怎么发明出来的

1665 年，列文虎克制成了一块直径只有 0。3 厘米的小透镜，并做了一个架，把回这块小透镜镶在答架上，又在透镜下边装了一块铜板，上面钻了一个小孔，使光线从这里射进而反射出所观察的东西。这样，列文虎克的第一台显微镜成功了。由于他有着磨制高倍镜片的精湛技术，他制成的显微镜的放大倍数，超过了当时世界上已有的任何显微镜。
列文虎克并没有就此止步，他继续下功夫改进显微镜，进一步提高其性能，以便更好地去观察了解神秘的微观世界。为此，他辞退了工作，专心致志地研制显微镜。几年后，他终于制出了能把物体放大 300 倍的显微镜。
显微镜的发明和列文虎克的研究工作，为生物学的发展奠定了基础。利用显微镜发现，各种传染病都是由特定的细菌引起的。这就导致了抵抗疾病的健康检查、种痘和药物研制的成功。

⑥ 显微镜的发明与纳米的发现有什么关系

我们人类被称为万物之灵，能够上天人地，移山填海，能够深入微小世界探秘，这些靠的是什么呢?说起来我们在很多方面不如地球上其他的生物，奔跑我们比不上猎豹，力量我们更是没法和大象相比，可是我们人类拥有发达的大脑，我们懂得去制造工具。正是这些工具弥补了我们的不足，使得我们征服自然的能力大大提高。

人类要认识微小的世界，单单凭借我们的肉眼也是不行的。我们人类能看到的最小的东西大约为0.1毫米，那么我们是如何观察小于0.1毫米的东西的呢?

最早用于探究物质结构的仪器是光学显微镜。光学显微镜最初是由放大镜演变而来的。放大镜实际上就是凸透镜，人们早就知道把凸透镜靠近物体，就可以通过镜片看到放大的物像，这大概是14世纪的事情。16世纪荷兰人杨森偶然通过两块不同的镜片看物体，发现放大效果好得多，于是就发明了显微镜。

这件事发生在16世纪的荷兰不是偶然的，因为当时荷兰的眼镜制造业相当发达，杨森正是一位磨镜片的工人。他的显微镜由透镜组合而成，把两片凸透镜和两片凹透镜各组成一对，凸透镜作为物镜(靠近物体一方的透镜)，凹透镜作为目镜(靠近眼睛一方的透镜)。这是一台很大的显微镜，镜筒的直径有五厘米多，长度有四十几厘米。不过这台显微镜的效果并不是很好，影像歪斜不清，也不能聚光以便清楚地观看物体。

早期显微镜镜片所用的玻璃质量不佳，玻璃里含有气泡，玻璃表面也不光滑，用这种显微镜放大的物体看上去有点模糊。如果使用倍数更大的显微镜来进一步放大物体，物体就变得更加模糊，结果什么也看不清楚。正是因为这个原因，人们往往认为观察微小物体放大镜就够了，显微镜并不比放大镜优越。

英国物理学家胡克在1肋年前后，对显微镜发生了兴趣，亲自制作了一台显微镜，他用这台显微镜，发现了软木的软组织(他给软组织取名为“细胞”，其实他看到的并不是真正的细胞，而是软组织的纤维结构)，并且清楚地观察到了蜜蜂的小刺、鸟羽的细微构造等微小物体。他的显微镜使用了两片凸透镜，原理和现在的显微镜相同。另外，胡克还想出了在物镜下面另外安装凸透镜，用以聚光照亮被观察物体的方法，为了提高放大倍率，胡克进一步使用了近于球形的凸透镜。他的显微镜能清楚地观察以前看不到的微小的物体，例如跳蚤的头部和脚部，所以当时显微镜有一个外号，叫跳蚤镜。1665年胡克写了一本书，名叫《显微图谱》，里面有他根据大量观察所做的素描，显微镜也因此受到科学界的重视。

把显微镜推上科学舞台的科学家中，还有一位叫列文虎克，他也是荷兰人。他把玻璃棒的端部熔化后拉成线状，然后进一步加热做成球形，再把它磨成透镜。他要求玻璃里面一点也不含气泡，玻璃表面必须磨制得非常光滑均匀。他在1671年磨成的第一块透镜尽管直径只有1/8英寸(约3毫米)，但当他通过透镜观察物体时，却发现物体几乎放大了200倍，而且十分清晰。他把透镜放在支架上，做成了一具放大镜。后来又加上一块透镜，放大的倍数更大了，这就构成了显微镜。显微镜在当时已经不是什么新鲜事物，但别人都是把镜片拼凑在一起当作玩物，而列文虎克却有自己的崇高目的，他想用这台新仪器观察看不见的世界。

列文虎克用他的显微镜观察各种小东西，从牙垢到沟中的污水，都成了他的观察对象。他记下了肌肉、皮肤、毛发和牙质的精细结构。从1673年开始，他用荷兰文给英国皇家学会不断写信，报告他的观察实验记录，有时一封信就像是一本小书，他的第一封信就用了一个很长的题目：“列文虎克用自制的显微镜观察皮肤、肉类以及蜜蜂和其他虫类的若干记录”。当时英国皇家学会对这位无名之辈的报告不很重视，直到1677年按照列文虎克的说法制成了同样大小的透镜和显微镜，证实列文虎克的观察结果之后，才引起了人们的注意。

列文虎克的一系列发现，在生物学史上开辟了一个新的研究领域，这个领域就是微生物学。有了光学显微镜，我们就可以观察到肉眼看不见的细胞，也正是光学显微镜的诞生导致了细胞的发现；从而使人们对自然界的认识发生了一个极大的飞跃。

可是人类要想看比细胞还小的结构，使用光学显微镜就不行了。

为了增加显微镜的放大倍数，在相当长一段时间内，不少人都在玻璃的材料和磨削工艺的改进上动脑筋。但后来发现，如果被观察的物体小于光波波长的1/2时，光线射到它们身上时就会绕过去成不了像。我们知道，光学显微镜是用可见光作为光源的，其波长约为400～770纳米，因此当被观察的物体小于200纳米时，光学显微镜就无能为力了——放大倍数限制在2000倍左右。

所以，要观察更小的物体，就得另外找到一种比可见光的波长更短的光线才行。早在20世纪20年代，法国科学家德布罗义就发现电子束也具有波动性质。所谓电子束，就是许多电子集合在一起，并且以很高的速度向着一个方向运动。进一步的研究表呀，电子束的波长远比可见光的波长短，还不到1纳米。于是，科学家们很自然地想到，如果显微镜用电子束代替可见光做光源，它的分辨能力肯定可以大大提高。

根据这一思路，科学家们终于在1932年研制成功了一种新的显微镜——电子显微镜。在电子显微镜内部，特制一个空心的强力线圈——磁透镜，它相当于光学显微镜中的玻璃透镜，但是，镜筒必须抽成高度真空。同时，由于人眼无法直接看见电子束，因而必须通过荧光屏或照相机的转换。经过不断改进，目前电子显微镜的最高分辨能力已达0.2～0.3纳米，与原子大小差不多了。放大倍数约为30万～40万倍，一根头发丝可以放大到一座礼堂那么大；如果增加磁透镜个数，放大倍数更可高达80万～100万倍。电子显微镜的发明帮助人类进一步打开了微观世界的大门，人们可以看到更小的东西了，包括细胞内各种组成成分，以及只有几十纳米大小的病毒。

电子显微镜虽然威力巨大，可是它的体积往往也很大，价格也非常昂贵，操作很繁琐。有没有可能制造出更加简单有效的显微镜呢?扫描隧道显微镜的发明解决了前面的问题。

扫描隧道显微镜是IBM瑞士苏黎世研究所的宾尼和罗雷尔于1982年发明的。

宾尼1947年7月出生于德国的法兰克福。其时正值第二次世界大战结束不久，他和小伙伴们常常在废墟中做游戏，当时他并不懂得为什么建筑物会变成那个样子。10岁时，尽管他对物理还不太了解，但已决心要当一名物理学家，等到在学校里真正学到物理时，他大概有点怀疑这一选择了。少年时代的宾尼是一个音乐爱好者，他母亲很早就教他古典音乐，15岁时开始拉小提琴，而且还参加过学校的管弦乐队。

10多年后，当宾尼开始做毕业论文时，才真正感受到物理学的魅力，认识到做物理工作比学习物理更有乐趣他深切地体会到，“做”是“学”的正确途径，在“做”中“学”才能获得真知和乐趣。

1978年，宾尼在法兰克福大学获博士学位。他在做博士论文时参加马丁森教授的研究组，指导教师是赫尼希博士。宾尼对马丁森教授非常佩服，这位教授很善于抓住和表述科学问题的实质。赫尼希博士指导他做实验，非常耐心。

在他的妻子瓦格勒的劝说下，宾尼在完成博士论文后，接受了IBM公司苏黎世研究实验室的聘任，参加那里的一个物理小组。这是非常重要的决定，因为在那里宾尼遇到了罗雷尔。

罗雷尔1933年6月6日出生于瑞士的布克斯，1949年全家迁往苏黎世。他对物理学的倾倒完全属于偶然，因为他原来喜欢古典语文和自然，只是在向瑞士联邦工业大学注册时才决定主修物理。他在学校的4年中受到一些著名教授的指导。1955年，他开始做博士论文，罗雷尔在实验中要用到非常灵敏的机械传感器，往往要在夜深人静时工作。他不辞辛苦，非常勤奋，4年的研究生生活使罗雷尔得到了很好的锻炼。

1961年起，罗雷尔到美国的拉特格斯大学做了两年博士，1963年他回到瑞士，在IBM研究实验室工作。从20世纪70年代末开始他从事反磁体研究，并在研究组组长米勒的鼓励下研究临界现象。此后，他开始与宾尼合作，从70年代末起，一直致力于研制扫描隧道显微镜，这种显微镜就是利用量子力学里面的隧道效应制作的。

1981年，宾尼和罗雷尔等人用铂做了一个电极，用腐蚀得很尖的钨针尖作为另一电极，在两电极间小于2纳米的距离以内，改变钨针尖与铂片之间的距离，测量隧道电流随之产生的变化。结果表明，隧道电流和隧道电阻对隧道间隙的变化非常敏感，隧道间隙即使只变化0.1纳米，也能引起隧道电流的显著变化。

一个非常光滑的样品平面，从微观来看，是由原子按一定规律排列起来的。如果用一根很尖的探针(如钨针)，在距离该表面十分之几纳米的高度上平行于表面进行扫描，那么，由于每个原子都有一定大小，在扫描过程中隧道间隙就会随探针位置的不同而不同，流过探针的隧道电流也就随之而不同，即使是百分之几纳米的高度变化，也能在隧道电流上反映出来。利用一台与扫描探针同步的记录仪，将隧道电流的变化记录下来，即可得到分辨率为百分之几纳米的扫描隧道显微镜图像。

扫描隧道显微镜的发明解开了物理学中的很多问题，使两位科学家获得了1986年的诺贝尔物理学奖，从扫描隧道显微镜的发明到两位科学家因此获得诺贝尔奖，仅仅用了4年的时间，这在诺贝尔奖的历史上是非常罕见的。

扫描隧道显微镜从诞生、发展到现在，还不到20年，它正以旺盛的生命力茁壮成长。继扫描隧道显微镜之后，又有一批根据同一工作原理派生出来的，其他类型的显微镜相继问世，如原子力显微镜(用于非导电材料)、光子扫描隧道显微镜(运用光子隧道效应)，弹道电子发射电子显微镜(能够在纳米尺度上无损探测表面)、摩擦力显微镜(用于纳米尺度上摩擦舟的研究)、磁力显微镜(探测样品磁特性的有力工具)、分子力显微镜、扫描离子电导显微镜、扫描热显微镜等等，总数达十几种之多。人们还进而实现了原子的操纵和加工，用电子的撞击使原子按人的意志做有序的移动或移植，1990年IBM公司的研究人员利用扫描隧道显微镜，把铁原子重新排列成了汉字“原子”的字样。这些进展充分显示了扫描隧道显微镜蓬勃发展的势头和巨大的影响力。

从光学显微镜到电子显微镜，又从电子显微镜到扫描隧道显微镜，一步一步走下去，人们正通向微观世界的幽深处；科学的视野越来越宽广，人类驾驭自然的能力也越来越强，人类在微小世界中将会有更多的发现。

⑦ 显微镜发明和发展给人带来什么帮助

显微镜的发展：人类很早以前就有探索微观世界奥秘的要求，但是苦于没有理想的工具和手段。1675年荷兰生物学家列文虎克用显微镜发现了十分微小的原生动物和红血球，甚至用显微镜研究动物的受精作用。列文虎克掌握了很高的磨制镜片的技艺，制成了当时世界上最精致的可以放大270倍的显微镜。以后几百年来，人们一直用光学显微镜观察微观和探索眼睛看不到的世界，但是由于光学显微镜的分辨率只能达到光波的半波长左右，这样人类的探索受到了限制。进人20世纪，光电子技术得到了长足的发展，1933年德国人制成了第一台电子显微镜后，几十年来，又有许多新型的显微镜问世，比如，扫描隧道显微镜（STM）就是一种比较先进的现代仪器。））

很早以前，人们就知道某些光学装置能够“放大”物体。比如在《墨经》里面就记载了能放大物体的凹面镜。至于凸透镜是什么时候发明的，可能已经无法考证。凸透镜——有的时候人们把它称为“放大镜”——能够聚焦太阳光，也能让你看到放大后的物体，这是因为凸透镜能够把光线偏折。你通过凸透镜看到的其实是一种幻觉，严格的说，叫做虚像。当物体发出的光通过凸透镜的时候，光线会以特定的方式偏折。当我们看到那些光线的时候，或不自觉地认为它们仍然是沿笔直的路线传播。结果，物体就会看上去比原来大。

单个凸透镜能够把物体放大几十倍，这远远不足以让我们看清某些物体的细节。公元13世纪，出现了为视力不济的人准备的眼镜——一种玻璃制造的透镜片。随着笼罩欧洲一千年的黑暗消失，各种新的发明纷纷涌现出来，显微镜（microscope）就是其中的一个。大约在16世纪末，荷兰的眼镜商詹森 （Zaccharias Janssen）和他的儿子把几块镜片放进了一个圆筒中，结果发现通过圆筒看到附近的物体出奇的大，这就是现在的显微镜和望远镜的前身。
詹森制造的是第一台复合式显微镜。使用两个凸透镜，一个凸透镜把另外一个所成的像进一步放大，这就是复合式显微镜的基本原理。如果两个凸透镜一个能放大10倍，另一个能放大20倍，那么整个镜片组合的的放大倍数就是10*20=200倍。

1665年，英国科学家罗伯特•胡克（人们可能更熟悉他的另一个发现：胡克定律）用他的显微镜观察软木切片的时候，惊奇的发现其中存在着一个一个“单元”结构。胡克把它们称作“细胞”。不过，詹森时代的复合式显微镜并没有真正显示出它的威力，它们的放大倍数低得可怜。荷兰人安东尼•冯•列文虎克（Anthony Von Leeuwenhoek ，1632-1723)制造的显微镜让人们大开眼界。列文虎克自幼学习磨制眼镜片的技术，热衷于制造显微镜。他制造的显微镜其实就是一片凸透镜，而不是复合式显微镜。不过，由于他的技艺精湛，磨制的单片显微镜的放大倍数将近300倍，超过了以往任何一种显微镜。

当列文虎克把他的显微镜对准一滴雨水的时候，他惊奇的发现了其中令人惊叹的小小世界：无数的微生物游曳于其中。他把这个发现报告给了英国皇家学会，引起了一阵轰动。人们有时候把列文虎克称为“显微镜之父”，严格的说，这不太正确。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充分的完善，例如人们发明了能够消除色差（当不同波长的光线通过透镜的时候，它们折射的方向略有不同，这导致了成像质量的下降）和其他光学误差的透镜组。与19世纪的显微镜相比，现在我们使用的普通光学显微镜基本上没有什么改进。原因很简单：光学显微镜已经达到了分辨率的极限。

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*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。

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。

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*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。

因为这项奇妙的发明，Binnig和Rohrer获得了1986年的诺贝尔物理学奖。这一年还有一个人分享了诺贝尔物理学奖，那就是电子显微镜的发明者Ruska。
据说，几百年前列文虎克把他制作显微镜的技术视为秘密。今天，显微镜——至少是光学显微镜——已经成了一种非常普通的工具，让我们了解这个小小的大千世界。

⑧ 显微镜的发明和使用对微观生物学的发展起到了什么样的作用

显微镜的发明，使得微观生物学拥有了真正的研究手段，从此成为了一门正式的学科。
使得科学研究跨出了从宏观到微观的巨大进步

⑨ 显微镜的发明与发展

人类很早以前就有探索微观世界奥秘的要求，但是苦于没有理想的工具和手段。1675年荷兰生物学家列文虎克用显微镜发现了十分微小的原生动物和红血球，甚至用显微镜研究动物的受精作用。列文虎克掌握了很高的磨制镜片的技艺，制成了当时世界上最精致的可以放大270倍的显微镜。以后几百年来，人们一直用光学显微镜观察微观和探索眼睛看不到的世界，但是由于光学显微镜的分辨率只能达到光波的半波长左右，这样人类的探索受到了限制。进人20世纪，光电子技术得到了长足的发展，1933年德国人制成了第一台电子显微镜后，几十年来，又有许多新型的显微镜问世，比如，扫描隧道显微镜（STM）就是一种比较先进的现代仪器。））

很早以前，人们就知道某些光学装置能够“放大”物体。比如在《墨经》里面就记载了能放大物体的凹面镜。至于凸透镜是什么时候发明的，可能已经无法考证。凸透镜——有的时候人们把它称为“放大镜”——能够聚焦太阳光，也能让你看到放大后的物体，这是因为凸透镜能够把光线偏折。你通过凸透镜看到的其实是一种幻觉，严格的说，叫做虚像。当物体发出的光通过凸透镜的时候，光线会以特定的方式偏折。当我们看到那些光线的时候，或不自觉地认为它们仍然是沿笔直的路线传播。结果，物体就会看上去比原来大。

单个凸透镜能够把物体放大几十倍，这远远不足以让我们看清某些物体的细节。公元13世纪，出现了为视力不济的人准备的眼镜——一种玻璃制造的透镜片。随着笼罩欧洲一千年的黑暗消失，各种新的发明纷纷涌现出来，显微镜（microscope）就是其中的一个。大约在16世纪末，荷兰的眼镜商詹森 （Zaccharias Janssen）和他的儿子把几块镜片放进了一个圆筒中，结果发现通过圆筒看到附近的物体出奇的大，这就是现在的显微镜和望远镜的前身。
詹森制造的是第一台复合式显微镜。使用两个凸透镜，一个凸透镜把另外一个所成的像进一步放大，这就是复合式显微镜的基本原理。如果两个凸透镜一个能放大10倍，另一个能放大20倍，那么整个镜片组合的的放大倍数就是10*20=200倍。

1665年，英国科学家罗伯特•胡克（人们可能更熟悉他的另一个发现：胡克定律）用他的显微镜观察软木切片的时候，惊奇的发现其中存在着一个一个“单元”结构。胡克把它们称作“细胞”。不过，詹森时代的复合式显微镜并没有真正显示出它的威力，它们的放大倍数低得可怜。荷兰人安东尼•冯•列文虎克（Anthony Von Leeuwenhoek ，1632-1723)制造的显微镜让人们大开眼界。列文虎克自幼学习磨制眼镜片的技术，热衷于制造显微镜。他制造的显微镜其实就是一片凸透镜，而不是复合式显微镜。不过，由于他的技艺精湛，磨制的单片显微镜的放大倍数将近300倍，超过了以往任何一种显微镜。

当列文虎克把他的显微镜对准一滴雨水的时候，他惊奇的发现了其中令人惊叹的小小世界：无数的微生物游曳于其中。他把这个发现报告给了英国皇家学会，引起了一阵轰动。人们有时候把列文虎克称为“显微镜之父”，严格的说，这不太正确。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充分的完善，例如人们发明了能够消除色差（当不同波长的光线通过透镜的时候，它们折射的方向略有不同，这导致了成像质量的下降）和其他光学误差的透镜组。与19世纪的显微镜相比，现在我们使用的普通光学显微镜基本上没有什么改进。原因很简单：光学显微镜已经达到了分辨率的极限。

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*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。

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。

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*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。

因为这项奇妙的发明，Binnig和Rohrer获得了1986年的诺贝尔物理学奖。这一年还有一个人分享了诺贝尔物理学奖，那就是电子显微镜的发明者Ruska。
据说，几百年前列文虎克把他制作显微镜的技术视为秘密。今天，显微镜——至少是光学显微镜——已经成了一种非常普通的工具，让我们了解这个小小的大千世界。