生物课上 ，一台显微镜、一片菜叶子加上一只田鸡或者鲫鱼 ，一场生物显微剖解课开场了。各自难免兴奋 ，显微镜是何等神奇的一个工具！它让我们能够看到流淌江水中的种种微生物 ，能够知晓细胞内形形色色的细胞器 ，能够区分出猩猩有24对染色体而人却只有23对。
这都要归功于16世纪一个叫Zacharias Jansen的荷兰人 ，我们不清晰他怎样想到将两个镜片叠在一起并放在管子的两头 ，可是这个希奇想法催生出的工具 ，却能够在压缩最小的时间放大3倍 ，拉到最长时可以放大抵达10倍。他在孩童时期的嘻哈把玩 ，将我们带进了令人瞠目结舌的微观天下。
▲玩出来的显微镜
很希奇 ，做出显微镜的第一人不是生物学家 ，而是一个观星的人——现代物理学与天文学之父伽利略。1609年 ，在听说了这个孩子的发明后 ，他不但研究明确了这些镜片在一起能够放大许多倍的原理 ，还制造出了一台更为细密的工具 ，并将其命名为occhiolino（也被称为little eye）。以后 ，现代意义上的显微镜走进人们的视野。
然而 ，显微镜真正生长成为一个学科 ，成为窥视微观天下的独门武器 ，照旧要比及17世纪六、七十年月。列文虎克 ，这个出生于1632年的荷兰小伙子 ，在稚嫩的年岁就不得不面临父亲的去世 ，被迫来到阿姆斯特丹的一家干货市肆当学徒 ，在那里他接触到放大镜 ，爆发极大的兴趣。闲暇之余 ，他便耐心地磨起了自己的镜片� ；蛐硎翘蘖� ，或许是太好玩 ，他一生中竟然磨制了400多个透镜 ，放大倍数竟然可以抵达300倍！使用自制的显微镜 ，列文虎克为我们展现了一个全新的微观天下 ，他第一个发明并描绘了细菌 ，展现了一滴水中的天下 ，准确地形貌了红细胞 ，证实晰马尔皮基推测的毛细血管层是真实保存的 ，他成为了微生物学的涤讪人。
与列文虎克同期的 ，尚有一个叫做罗伯特?胡克 ，被称为“伦敦的莱奥纳多?达?芬奇”的英国博物学家。 “胡克定律”就是以他名字命名的。他不但提出了弹性子料的胡克定律 ，万有引力的平方反比关系 ，设计了真空泵 ，还使用自制的显微镜发明了软木中的“小室” ，并将“cell”一词深深地刻进了现代人的脑海中。以后 ，显微镜的生长进入了快车道 ，泛起了形式多样、拥有差别功效的各色显微镜。
▲光学显微镜
灯胆的发明让那些狂热的显微镜粉丝们欣喜不已 ，终于可以在晚上也可以使用高倍镜片来触摸微观天下了。可是当他们将光源经聚光镜投射在被检样本上后 ，却发明在视野中除了有那些小工具 ，竟然还发明了灯丝的影像。直到1893年 ，一个叫柯勒的年轻人 ，发明了二次成像手艺 ，乐成地将热焦点落在了被检样本之外 ，不但光线匀称了 ，并且也不会损伤样本。这种被称为柯勒照明的光源系统 ，成为了现代光学显微镜的要害部件。
显微镜的厘革 ，也使细胞学迎来了最为绚烂的生长时期。细胞器、染色体等细胞染色要领的泛起 ，使人们关于细胞这一生命最基本单位有了相当深入的熟悉。可是 ，染色事实影响甚至杀死了细胞 ，跟一堆死细胞玩真是太没意思了！直到20世纪二、三十年月 ，弗里茨?泽尔尼克在研究衍射光栅的时间 ，发明了相差显微手艺 ，这一情形才被彻底改变。
再厥后 ，泛起了种种形形色色的显微镜 ，凭证设计方法的差别 ，有正立的、倒立的 ，尚有剖解显微镜 ，凭证目镜的个数 ，有单目镜的、双目镜的 ，尚有直接数码相机收罗图像的 ，有使用偏振光作光源的 ，尚有不将光直接射入样本的暗视野显微镜 ，尚有选定特定波长的光波照射样本 ，以爆发荧光的荧鲜明微镜。
▲瓶颈所在
十八世纪 ，光学显微镜的放大倍数已经可以抵达1 000倍 ，直到现在人们也只能将其提高到1 600倍左右这个极限了。不是由于手艺不敷 ，而是由于显微镜的最大区分率受到光源波长的限制。
光在撒播途径中 ，若是遇到的障碍物或者小孔的尺寸远大于光的波长时 ，就会被反射回去或者穿透已往 ，可以看作是沿直线撒播。可是当物体尺寸与光波差未几甚至还要小的时间 ，光波就会爆发衍射征象并绕已往。岂论我们怎样磨镜片 ，或者使用油镜来提高清晰度 ，显微镜的区分率最多也只能抵达光波长的一半。而我们肉眼通常能感知的可见光 ，波长规模在0.39μm ~0.76μm ，即便使用0.39μm左右的紫外光 ，理想状态下 ，也就能抵达0.2μm的区分率。以是 ，要想提高区分率 ，只能改变光源 ，并且改用仪器来探测放大的图像。
▲新时代的骄子
当人们意识到用光学显微镜看不到原子般细微的物质 ，那么就会想法进一步提高显微镜的区分率 ，别的步伐行欠亨 ，那就只能寻找比光波波长还短的光源� Ｉ杏心男┎ǖ牟ǔけ裙獠ɑ苟�？虽然是电子。注重 ，是电子 ，不是家里电线中220 V的电……
1924年 ，德布罗意提出了波粒二象性的假说 ，凭证这一假说 ，电子也会具有干预和衍射等波动征象 ，这被厥后的电子衍射试验所证实。接着汉斯?布什又开创了电磁透镜的理论。这些使人们爆发了制作显微镜的新想法：为什么不必具有波动性的电子做“光源” ，再用电磁透镜来放大呢？于是 ，1932年德国工程师恩斯特?鲁斯卡和马克斯?克诺尔制造出了第一台透视电子显微镜 ，这是近代电子显微镜的先导 ，鲁斯卡也因此获得了1986年度的诺贝尔物理奖。
电子显微镜有着与光学显微镜相似的成像原理 ，它的神奇之处在于用电子束取代光源 ，而电磁场也化身成了透镜：高速的电子束在真空通道中穿越聚光镜再透过样品 ，带着样品内部的结构信息投射在荧光屏板上 ，最终转化成可见光影像。另外 ，由于电子束的穿透力很弱 ，用于电子显微镜的标本 ，需要用超薄切片机制成厚50纳米左右的超薄切片 ，稍微厚一点 ，电子就可能做无用功。若是给奔驰的电子再来一马鞭 ，电子显微镜的放大倍数最高可达近百万倍 ，区分率可以抵达纳米级（10-9 m）。
用电子束取代光看起来已经是一个反通例的巧妙主意 ，但让人想不到的还在后面。1983年 ，IBM公司苏黎世实验室的两位科学家格尔德?宾宁和海因里希?罗雷尔 ，发明了扫描隧道显微镜 ，这是一种使用量子理论中的隧道效应探测物质外貌结构的仪器。这种显微镜比电子显微镜更激进 ，它的泛起完全抛开了古板显微镜的看法。
最神奇的是 ，扫描隧道显微镜没有镜头！没有镜头也敢叫“显微镜”？没错 ，这不是山寨的时间出了问题 ，它原原本本就是这么设计的。扫描隧道显微镜依赖“隧道效应”举行事情 ，犹如一根唱针扫过一张唱片。一根有着原子般巨细的探针逐步通过被剖析的物体 ，当探针距离物体外貌很近时（约莫在纳米级的距离） ，电子会穿过物体与探针之间的逍遥 ，形成一股微弱的电流。若是探针与物体的距离爆发转变 ，这股电流也会响应改变 ，通过丈量电流我们就能知道物体外貌的形状。以是 ，当电流经由一个原子 ，便能极其详尽地描绘出它的轮廓 ，通过绘出电流量的波动 ，我们就可以获得单个原子的漂亮图片。
电子显微镜的泛起 ，“神马”细菌、病毒、DNA、卵白质大分子、原子核、电子云啥的 ，都得规规则矩忠实听话 ，要不 ，来探针下现个真相？
▲未知的微观天下
对人来说 ，清静电压是36 V ，可是关于电子显微镜下的视察样品 ，其吸收到的辐射剂量等同于10万吨当量的氢弹在30米远处爆炸的辐射量！当生物标本袒露于电子束中时 ，细胞结构和化学键将迅速瓦解 ，以是电子显微镜虽然精妙却无法用于活细胞的视察。
麻省理工大学Mehmet教授的研究小组提出 ，通过使用量子力学的丈量手艺可以让电子束被约束起来 ，在稍远的距离感应被视察的物体 ，一次扫描样品的一个像素 ，并将这些像素组合起来拼出整个样品的图像 ，从而阻止损坏实验样品。倘若研究乐成 ，它可以使研究职员看到分子在活体细胞内的运动 ，好比酶在活细胞中的功效或是DNA的复制历程 ，用以展现生命和物质的基本问题。
看影戏 ，你一定希望看到3D的画面。同样的 ，恒久的2D显微镜成像 ，也让人们感应审美疲劳 ，于是3D图像手艺如雨后春笋般生长起来。共聚焦显微镜已经能够通过移动透镜系统对一个半透明的物体举行三维扫描 ，通过盘算机系统的辅助 ，对实验质料从外观到内在、从静态到动态、从形态到功效举行视察。
同时 ，随着数码摄影手艺、信息手艺和自动化手艺的刷新 ，显微镜的外观、恬静性、自动化水平以及利便性都在提高。例如近几年的大屏幕倒置显微镜 ，直接通过液晶显示器来视察 ，研究细胞结构就像在电脑上看影戏 ，大大减轻了显微镜视察时的疲劳 ，也阻止科研职员重蹈由于恒久视察显微镜而落下颈椎病的覆辙。再好比实现自动化远程操作的显微镜 ，能够自动转换物镜 ，自动对焦 ，在临床医学上可以作为远程医疗的有用手段 ，举行专家远程会诊和异地病理资源共享。想一想 ，那时间看病就跟上网谈天一样利便 ，这样的未来更值得期待。
