На протяжении истории человечество пыталось объяснить загадочные болезни, прибегая к мифам о демонах, ведьмах и проклятиях. Но всё начало меняться с изобретением микроскопа. Этот удивительный инструмент позволил нам увидеть детали мира, которые ранее были недоступны глазу.
Хотя существует много версий о создателе первого микроскопа, Роберт Хук был одним из первых, кто серьезно продвигал это устройство в научной среде. Его книга "Микрография" из 1665 года показала, что даже привычные предметы, такие как лезвие бритвы, при ближайшем рассмотрении раскрывают свои секреты. Насекомые со своими необычными глазами и растения, состоящие из микроскопических структур, стали доступными для изучения благодаря его трудам.
Несколько лет после того, как Роберт Хук впервые назвал открытые им структуры "клетками", купец по имени Антони ван Левенгук стал разрабатывать свои микроскопы. Изначально он хотел лучше рассмотреть качество тканей, но его любопытство не знало границ. Открывая новые объекты для исследования, Левенгук обнаружил микроорганизмы в прудовой воде, своей слюне и других жидкостях организма. Он назвал их "анималкулами", что является сочетанием слов "животное" и "молекула". Вместо того чтобы избегать своих открытий, он с гордостью рассказал о них, написав письма Королевскому обществу в Англии. Эти публикации радикально изменили наше восприятие микроорганизмов и болезней.
На данный момент большинство микроскопов, которые мы видим в учебных заведениях, являются световыми или оптическими, они преломляют видимый свет для увеличения объектов.
Хотя световые микроскопы могут показать нам многие микроорганизмы и клетки, большинство вирусов остаются недоступными для них. Чтобы понять причины их ограничений, давайте рассмотрим, как устроено наше зрение.
Все источники света, будь то Солнце, лампочка или свеча, излучают фотоны – маленькие световые "пакетики". Можно представить их как упругие шарики, летящие со скоростью света. Когда фотон сталкивается с предметом, он может отразиться, пройти сквозь него или поглотиться. Рассмотрим горящую свечу: она излучает миллиарды фотонов каждую секунду. Эти фотоны отскакивают от объектов и направляются к нашим глазам. На задней стороне глаза находится сетчатка – чувствительный к фотонам экран из клеток. Когда фотоны попадают на нее, они поглощаются, и информация о цвете и положении фотона передается в мозг. Наше восприятие света и цвета основано на этом принципе.
Наши глаза неустанно обрабатывают тысячи сигналов, создавая движущиеся изображения в нашем сознании. Этот процесс зрения возможен благодаря множеству "снарядов", таких как фотоны, которые отражаются от объектов и поглощаются нашей сетчаткой. Вы можете задаться вопросом, почему бы не использовать что-то другое вместо фотонов? Главное, чтобы множество "снарядов" могло отразиться от объекта и оставить след.
Однако создание эффективного "видящего" устройства не так просто. Это устройство должно показывать не только грубый контур объекта, но и детали. Кроме того, для четкого изображения "снаряды" должны быть мельче объекта. Фотоны видимого света оказались слишком крупными для изучения многих микроскопических объектов, таких как атомы и вирусы. Именно из-за этой проблемы в 1930-х годах был создан первый в мире работающий электронный микроскоп. Эти микроскопы направляют на свои объекты электроны вместо фотонов. Длина волны электронов до 100,000 раз меньше, чем у фотонов видимого света.
Электронные микроскопы открыли перед нами дверь в мир, который раньше был скрыт от глаз. С помощью этой технологии мы можем рассматривать даже такие объекты, как пыльца, с удивительной детализацией. ВИЧ, вирус Эбола и многие другие теперь "видны" нам благодаря этому удивительному изобретению.
Но прогресс не стоит на месте. В 1980-х было сделано еще одно прорывное открытие: микроскоп с зондирующим зондом. Этот метод позволяет "ощущать" поверхность объектов, также как слепой человек читает Брайля. Новые технологии продолжают переписывать наше понимание микромира, приглашая нас все глубже и глубже погрузиться в него.
Как вы, вероятно, помните, фотоны света имеют такую величину (или длину волны), что они слишком крупны для "просмотра" отдельных атомов и молекул, как это делают обычные оптические микроскопы. Однако учёные обнаружили способ обойти этот принцип, используя особенности металлических зондов. Если направить фотоны на зонд в виде серебряной иглы определенной формы, то, благодаря свойствам металла и форме зонда, фотоны будут фокусироваться на верхушке зонда, которая расположена очень близко к изучаемому образцу. Это позволяет усилить воздействие света на микроуровне и "заставить" свет взаимодействовать с материей более детально, чем это обычно происходит, что в свою очередь улучшает разрешение изображения на микроуровне.
Говоря иначе, исследователи обнаружили метод "сжатия" света. Устройства, которые они разработали, функционируют различными способами и имеют ряд сложных терминов. Они позволяют не только регистрировать формы молекул, но и следить за движением атомов внутри них, измерять молекулярные движения, лежащие в основе химических реакций на уровне квантовой физики. Сканирующий зондовый микроскоп может фиксировать квантовое поведение молекул в биологической сфере, а также анализировать ДНК организмов. Когда эта технология будет доведена до совершенства, она превзойдет текущие, медленные и подверженные ошибкам методы секвенирования ДНК, которые сейчас используют ученые.
Спасибо за внимание к данной статье! Если материал был для вас полезным и интересным, не забудьте поделиться ссылкой на него с коллегами и друзьями. Ваши отзывы и комментарии помогут нам совершенствовать контент. Надеемся на вашу активность: лайки, репосты и подписку на наши обновления. Будем рады видеть вас среди наших постоянных читателей!