【科普】光學(xué)顯微鏡發(fā)展簡史

在很久以前，世上還沒有光學(xué)儀器的時候，一位生物學(xué)家在研究微小植物的葉脈時，遇到了困難。一個夏天的早晨，這位生物學(xué)家漫步來到樹叢中觀察植物在晨光照耀下的狀態(tài)，看見那吐出嫩葉的生命，含苞待放的花朵，清純的雨露和陽光，這一切都使他陶醉在絢麗多彩的綠色海洋里。突然，他被一片小小的嫩葉上面的露珠所吸引。當他透過綠葉上的露珠看葉片時，這部分的葉面被放大了，葉脈圖案清晰地映入他的眼簾。他驚奇地發(fā)現(xiàn)，露珠有放大物象的作用。科學(xué)家根據(jù)這個寶貴的發(fā)現(xiàn)，進一步又做了其他試驗：把透明的寶石拋光成曲面罩在字跡上，字跡可以被放大；盛了水的玻璃球，也有同樣的作用。

羅馬哲學(xué)家塞涅卡（前4—前65）在他的著作里記載了一個民間廣為流傳的故事：希臘科學(xué)家阿基米德（前287—前212）在他的家鄉(xiāng)西西里島被羅馬艦隊侵犯的時候，用了一種“燃燒玻璃”（實際上是一種透鏡狀的玻璃球），把太陽光聚射到敵艦船的風(fēng)帆上，使風(fēng)帆吸收大量的太陽光而變熱燃燒起來，燒毀了羅馬艦船，使羅馬艦隊以失敗而告終。

當然，現(xiàn)在利用透鏡取火的事例已屢見不鮮了。孩子們用爺爺奶奶的老花眼鏡對著太陽聚焦，可以點燃手中的紙屑；世界各地大型運動會的火炬，也是用曲面金屬或曲面玻璃鏡采集火種的。但是在古代，玻璃是一種很稀罕的物質(zhì)，要制造透明度很高的玻璃球，更是一件很困難的事。

1900多年以前，羅馬學(xué)者普里尼在他的巨著《自然史》中，記敘了一個有趣的故事：一艘羅馬帝國的船只裝滿了蘇打（碳酸鈉）。一天，船在海洋中航行時，颶風(fēng)突起，船被迫在海灣里停泊，船員們走上岸去，準備架起爐灶燒火烤衣服、做飯吃。誰知在一望無際的海灘上，連一塊石頭也沒有，全是石英砂粒。用什么來架鍋做飯呢？一個水手突然想起船上有不少像石頭一樣的蘇打塊，于是，大家動手搬來放在沙灘上作為支鍋的石頭。飯鍋架好了，點燃柴枝做飯。過了不久，飯煮熟了，衣服也烤干了，大家也吃過飯了。當休息片刻后船員們?nèi)グ崽K打塊回船上時，奇跡出現(xiàn)了：爐灰中竟有一些閃亮的小球珠——這就是世界上第一次見到的玻璃球。它是由海灘上的石英砂（二氧化硅）和蘇打（碳酸鈉）受熱后化合而成的物質(zhì)。

據(jù)考證，雖然羅馬人約在2000年前就使用放大透鏡，但玻璃透鏡是在13世紀誕生的。

然而，古時候人類燒制的玻璃球多半不夠透明，顏色深，也不太圓。在18世紀，一位法國地質(zhì)學(xué)家偶然發(fā)現(xiàn)了一個埋藏在里維山巖洞里的墓穴，里面葬著3400多年前的一位埃及女王，墓中隨葬物品很多，最值得研究的是少婦脖子上掛著的一串玻璃珠球，它呈墨綠色，形狀不規(guī)則，多為橢圓形，反光不太強。

科學(xué)家們認為，由于當時燒制玻璃的溫度還達不到要求，原料不夠純，雜質(zhì)過多，因而無法燒出晶瑩剔透、無色渾圓的玻璃珠球。在歐洲的克利島和小亞細亞，曾出土過粗糙的透鏡，它們的誕生年代，可以溯源到公元前2000年。

13世紀，英國的學(xué)者羅伯特·格羅西泰斯特（1175—1253）和他的學(xué)生羅杰·培根（1220—1292）在觀察光線通過玻璃球時，不知道光發(fā)生了什么變化，只發(fā)現(xiàn)物體被放大了。從此，培根用透鏡放大書頁上的文字，幫助自己閱讀。

大約在1300年前，意大利人開始使用眼鏡。最初的眼鏡是用雙凸鏡制成的。它能放大物體，對老年人尤其有用。后來人們又制造出雙凹鏡，即兩個表面向里凹，邊緣厚而中央薄。通過它看物體似乎變小了。這種透鏡可以幫助人們糾正近視（即近視眼鏡片）。

自16世紀以來，眼鏡制造成了一項重要的行業(yè)。尤其是望遠鏡發(fā)明者漢斯的故鄉(xiāng)荷蘭，眼鏡制造業(yè)最為發(fā)達。他們不僅能夠制造雙凸透鏡或雙凹透鏡，還能夠制造一面凸一面凹的透鏡，手工精巧，成為了名副其實的眼鏡制造王國。

魔鏡的誕生

16世紀后半葉，荷蘭眼鏡制造商查里艾斯·詹森（1580—1683）是一位高明的玻璃透鏡專家。他不僅會磨透鏡，而且也善于研究使用透鏡。

圖1：詹森復(fù)式顯微鏡 

1590年，他偶然將兩個不同的透鏡重疊起來，當兩個透鏡之間的距離適當?shù)臅r候，看到實物被放大了很多。這在當時來說，簡直是一個奇跡，人們把它稱為“魔鏡”。詹森把兩塊透鏡裝在兩個不同口徑的鐵筒里，使一大一小的鐵筒互相套合起來，小的鐵筒可以在大鐵筒內(nèi)滑動，以調(diào)整透鏡之間的距離，還用第三個更大的鐵筒將那兩個鐵筒套住——這就是“復(fù)式顯微鏡”的雛形。

這臺具有劃時代意義的顯微鏡，現(xiàn)在仍保存在荷蘭東蘭德省科學(xué)博物院里。

1605年，詹森又用鍍金銅片做套筒，并用生銅鑄造海豚的蹲像作為支架的裝飾，做了一臺更加精致的“魔鏡”，可以把物體放得更大一些。初期的“魔鏡”主要用來觀察昆蟲。小小的昆蟲在“魔鏡”下面，跳蚤的爪子竟變成像猛獸般的利爪，連細小的絨毛也變得像纜繩一樣粗。
伽利略于1610年曾用“魔鏡”研究過昆蟲的生理解剖結(jié)構(gòu)。“魔鏡”又稱為“光鏡”，它的年齡要比望遠鏡（1610年誕生）大20來歲。但正式被命名為“顯微鏡”，是在1625年從意大利叫開的。是什么原因令人們冷淡地看待這種儀器呢？因為它問世之后，不像望遠鏡那樣很快在科學(xué)上作出重大發(fā)現(xiàn)，它的作用和功能還未被人們所知，從發(fā)明到廣泛使用，中間有一段較長的時間。

有一天，一位教師使用詹森制造的顯微鏡觀看一滴污水，獲得了人類前所未有的新發(fā)現(xiàn)。他竟然看到了水中有許多“活”的東西，正在做各種各樣的運動。這些東西平時用肉眼是看不見的。這些新發(fā)現(xiàn)的“小東西”，就是現(xiàn)在大家已經(jīng)熟悉的細菌和微生物。

后來，生物學(xué)家們證實：這些物質(zhì)對于人類是十分重要的，如發(fā)酵、釀酒、制藥等都離不開它們；但它們又會不斷地給人類制造災(zāi)禍，如令食物腐爛和傳染疾病，甚至造成人畜死亡。

從此，人類開闊了眼界，知道宇宙間除人們熟悉的日常生活的世界外，有遙遠的天體世界，還有另一個微觀世界，需要人類去認識它，揭開它的奧秘。

1625年，塞魯?shù)俚谝粋€發(fā)表了他用顯微鏡對各種蜜蜂所作的觀察成果。他在著作中所介紹的有關(guān)蜜蜂的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，比以前那些養(yǎng)蜂專家和生物學(xué)家所描述的要詳盡得多，因而引起了學(xué)術(shù)界的極大興趣，認識到顯微鏡在科學(xué)研究中的巨大作用。

17世紀后半葉，對顯微鏡的研制得到了較快的發(fā)展，它也逐漸被應(yīng)用到生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的研究方面。

1665年，英國物理學(xué)家弗克（1635—1703）對顯微鏡作了改進，用它觀察了植物的細胞和昆蟲等，并正式出版了他的《顯微圖志》一書。他在書里匯集了對蕁麻葉片、虱子的解剖及昆蟲的眼睛等觀察到的精細圖片。他第一次描述了軟木（櫟樹皮）和其他植物組織中存在的蜂窩狀的“小室”，稱之為“細胞”。這是人類發(fā)現(xiàn)細胞結(jié)構(gòu)的第一個證據(jù)。
同年，意大利解剖學(xué)家馬爾皮基研制了一臺較好的顯微鏡，用來觀察腎和脾的切片，發(fā)現(xiàn)了腎小球和脾臟的淋巴團。

弗克制造的顯微鏡比較精細，在精巧裝飾的鏡筒兩端，裝有一個簡單的物鏡和一個目鏡透鏡，照明裝置是使用蠟燭或酒精燈。這種顯微鏡的放大倍率為30—40倍，在技術(shù)上已經(jīng)顯示出一定程度的完備性。弗克對細胞的發(fā)現(xiàn)，使生物學(xué)家知道世界上一切有生命的東西都是由細胞所組成的。于是，人們開始探索各種細胞的構(gòu)造和功用，尋求對微觀世界奧秘的新認識。依靠光學(xué)顯微鏡的幫助，人們逐漸找到了疾病發(fā)生的原因，知道了鼠疫、霍亂、痢疾、白喉、麻風(fēng)以至皮膚上的瘡癤等，都是由細菌的作用引起的。在找到這些殺人的兇手后，人們便致力研究對付的辦法，從而大大增強了人類預(yù)防疾病和治療疾病的能力，拯救了千千萬萬人的寶貴生命。

光學(xué)顯微鏡還被廣泛地應(yīng)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)和教育等各個方面，成為人類認識自然和改造自然的有力工具。例如鐵和鋼的秘密，在顯微鏡下，鐵是由白色的純鐵粒子組成的，而鋼是由兩種形狀不同的鐵粒子和碳粒子組成的，即是鐵和碳的化合物?？梢?，顯微鏡又能為人們研究金屬的構(gòu)成提供科學(xué)的手段。

 列文虎克與顯微鏡

列文虎克（1632—1723）生于荷蘭德爾夫特。小時候，他的家境貧寒，16歲開始當學(xué)徒，6年后自己開了一家小商店。他沒有受過任何正規(guī)教育，但他從小勤奮好學(xué)，善于觀察和研究事物，對大自然很感興趣。青年時代，他學(xué)會了用玻璃制造透鏡。 1675年，他開始制作顯微鏡，并用于觀察研究微觀世界。

1704年，在列文虎克72歲時，發(fā)表了他一生研制顯微鏡所取得成果的著作。

據(jù)統(tǒng)計，他一生共制造了247臺顯微鏡和172個鏡頭：他為荷蘭皇家學(xué)會裝備了一個包括26臺顯微儀器的實驗室，在開拓和研制顯微鏡方面功不可沒。 

圖2：列文虎克發(fā)明的單片顯微鏡

列文虎克對顯微鏡研制的貢獻在于，他不僅能磨制各式各樣的優(yōu)質(zhì)透鏡，還精心研制出一種曲率很大的小型顯微鏡。這種顯微鏡由兩片連接很緊的銅板或銀板組成，在兩塊金屬板的開口孔之間裝有一個很小的大曲率透鏡，透鏡的焦距在1毫米以下。觀察時把物體放在針尖上，針尖用兩個螺旋調(diào)節(jié)聚焦，眼睛緊貼對光觀察。它看似很簡單，但放大率為240—280倍，能分辨1/700毫米的精細物體。
在17—18世紀里，其他人制造的顯微鏡都沒有一個能夠超過它。列文虎克用他的顯微鏡探索了許多領(lǐng)域，并取得了重大的突破：
1668年，他用顯微鏡證實了意大利馬爾比基關(guān)于毛細血管的發(fā)現(xiàn)。
1674年，他觀察了魚、蛙、鳥類的卵形紅細胞和人類及其他動物的紅細胞。
1675年，他發(fā)現(xiàn)了青蛙內(nèi)臟中寄生的原生動物，在當時的生物界引起了震動。
1677年，他描述了哈姆雷發(fā)現(xiàn)的動物精子，并證實了精子對胚胎發(fā)育的重要性。
1683年，他發(fā)現(xiàn)了細菌。他從一位老人的牙縫中取出一些牙垢，放到顯微鏡下面觀看，發(fā)現(xiàn)有的細菌像火柴棍，有的像小球，有的細菌邊上還長著絨毛在不停地游來游去。
他的發(fā)現(xiàn)引起了人們莫大的興趣。很多人都想通過他的顯微鏡看一下那個細菌的新世界，以飽眼福，甚至連荷蘭女王也不例外。
與列文虎克同一時代人，如意大利的馬爾比基（1628—1694）、英國的格魯（1628—1712）等，他們在研制顯微鏡的技術(shù)方面，也有其獨到之處。
但是在列文虎克以后的100多年間，顯微鏡的研究卻再沒有取得多大進展。顯微鏡同望遠鏡一樣，也同樣存在色差問題。在顯微鏡下，本來是一個無色的薄片，卻出現(xiàn)了各種顏色，使人們不能準確地觀察那些微小的物質(zhì)，甚至還會產(chǎn)生一些誤解。
不久，瑞典物理學(xué)家克林根施蒂侖（1698—1765）研制了一種無色差的鏡片，但未能達到實際應(yīng)用的程度。
1757年，英國數(shù)學(xué)家多蘭德（1706—1761），采用了數(shù)學(xué)家霍爾在1722年所發(fā)表的球面差計算方法，改進并糾正了顯微鏡上各透鏡的曲度，從而制出了第一臺幾乎沒有色差的顯微鏡。 

英國顯微鏡之父羅伯特﹒胡克
隨后英國顯微鏡之父羅伯特﹒胡克仿制了一臺與列文虎克一樣的顯微鏡，并證實了列文虎克關(guān)于水滴中微小生物體的發(fā)現(xiàn)，羅伯特﹒胡克根據(jù)自己的設(shè)計將列文虎克的顯微鏡進行了很多改進，但羅伯特﹒胡克因為發(fā)現(xiàn)了彈性材料的彈性定律而更為人所知。

圖3：羅伯特·胡克的顯微鏡

 1655年羅伯特﹒胡克應(yīng)化學(xué)家羅伯特﹒波義耳的邀請到牛津大學(xué)進行科學(xué)研究，并成為了波義耳的助手。羅伯特﹒胡克1665年創(chuàng)作了《顯微鏡》一書，首次對細胞(Cell)一詞命名。
光本質(zhì)的問題上，羅伯特﹒胡克與當時的科學(xué)巨匠牛頓產(chǎn)生了極大的分歧，牛頓認為光是粒子，而主張波動說的羅伯特﹒胡克認為光是波。由于牛頓在科學(xué)史上的偉大地位，羅伯特﹒胡克此后受到了打壓，但羅伯特﹒胡克敢于挑戰(zhàn)科學(xué)權(quán)威的勇氣還是令人敬佩的。 蔡斯公司的興起
攻克顯微鏡的色差問題，是當時光學(xué)專家的主要課題。
1816年和1824年，意大利光學(xué)專家恩米西、塞法列，分別制成了無色差的顯微鏡，但均由于放大率太低而沒有引起人們的重視。
1838年，德國植物學(xué)家希萊登用顯微鏡發(fā)現(xiàn)了新鮮的植物細胞。第二年，德國動物學(xué)家希旺又發(fā)現(xiàn)了動物的新鮮細胞，從而為生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。
19世紀中期，德國耶那大學(xué)機械系的一個普通工人蔡斯，看到當時科學(xué)研究、生產(chǎn)部門、學(xué)校、醫(yī)院等對顯微鏡的需求量很大，從而產(chǎn)生了制造顯微鏡的濃厚興趣。他于1846年離開耶那大學(xué)，集資專門經(jīng)營顯微鏡制造業(yè)，在萊比錫設(shè)立了一個小型工廠。后來，耶那大學(xué)物理教授阿貝和該校的玻璃技師肖特博士也加入進來，共同辦起了蔡斯公司。
由于蔡斯本人懂點機械，物理教授懂光學(xué)，玻璃技師會磨制透鏡，他們?nèi)她R心合力，使制造顯微鏡的事業(yè)興旺發(fā)達，規(guī)模也一天天大起來。從此，蔡斯公司所生產(chǎn)的顯微鏡，以質(zhì)量高、效果好、功能多樣而聞名遐邇，在全球打開了銷路。至今它仍然是世界上有名氣的光學(xué)儀器公司之一。

圖4：阿貝和他的紀念碑上的分辨率極限理論。

物理學(xué)教授阿貝在蔡斯公司工作期間，對研制顯微鏡的透鏡作出了巨大的貢獻。他于1878年制成數(shù)值孔徑大于1.0的第一個油浸物鏡，又在1883年制成了可矯正3種色彩的復(fù)消色差物鏡，使顯微鏡的分辨能力大大提高，促成了生物學(xué)和醫(yī)學(xué)上一系列的重要發(fā)現(xiàn)。例如，人們通過顯微鏡看到了細胞分裂（無性生殖）的過程，進一步搞清楚了有性生殖是雄性細胞核與雌性細胞核的結(jié)合，認識到細胞核是遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)等。 從1590年第一臺顯微鏡誕生至今，已經(jīng)歷了400多年歷史。顯微鏡的質(zhì)量越來越好，種類也越來越多。這個家族可分為下列幾大類型：單式顯微鏡：它的光學(xué)組合比較簡單，由一個或數(shù)個簡單的透鏡組成，放大倍數(shù)比較低。擴大鏡是最簡單的顯微鏡，常用的有三腳式擴大鏡、折疊式袖珍擴大鏡、罩眼擴大鏡、手持式擴大鏡等。
最初，三腳和罩眼擴大鏡多用在繪像和修理鐘表上，折疊式和手持式擴大鏡則多用于生物學(xué)、礦物學(xué)、巖石學(xué)標本的觀察、看圖等。
日本推出了一種安裝在鋼筆上的小型擴大鏡，可以放大50倍，用來觀察細小的物質(zhì)和結(jié)構(gòu)，攜帶方便，不易損壞。復(fù)式顯微鏡，就是普通光學(xué)顯微鏡，主要用于觀察細胞、病菌、微生物結(jié)構(gòu)、組織、成分等，它能將人類的活細胞放大超過200倍。
此外，還有電子顯微鏡、生物顯微鏡、全相顯微鏡、巖相顯微鏡、偏光顯微鏡和量度、工具顯微鏡等。

 冰洲石和偏光鏡
冰島是北歐的游覽勝地。它是一個由火山熔巖構(gòu)成的小島，到處都是黑色的火山巖石。這些熔巖里有許多礦石，如人們喜愛的瑪瑙、晶瑩透明的冰洲石等。1830年的夏天，一個天氣晴朗的日子，一艘旅游船又抵達冰島了，游客們紛紛上岸游玩。一個金色頭發(fā)的男孩，看見地上有一塊無色透明的有點像玻璃的石頭，便拾了起來，拿在手上玩，但一不留神把石頭掉在地上，摔成好些碎塊。他的父母看見這些破碎的石頭都驚訝起來，原來這些碎塊都是同形狀的菱形體，只是大小不同罷了。他們好奇地把碎石塊拾起來放在衣袋里。傍晚他們回到住地，那位小朋友興奮地觀賞那些晶瑩透明的小碎石，當他拿了一小塊碎石罩在報紙上看時，突然間雀躍起來，大聲地喊道：“爸爸你看，一個字變成兩個字了，真奇怪！”
他父親一看，也感到驚訝詫異！這位父親是個細心的人，而且具有一定的光學(xué)知識。他在白紙上面用鋼筆點了一個圓點，把透明礦石罩在這個黑點上，看見一個黑點變成了兩個黑點，轉(zhuǎn)動礦石時，一個黑點在原處不動，另一個黑點卻繞著那個黑點轉(zhuǎn)動。因此他認定，這種礦石在光學(xué)上很有價值。由于這種礦石是他們在冰島上發(fā)現(xiàn)的，故取名為冰洲石。其實，這種礦石到處都有，它的化學(xué)成分是碳酸鈣。在礦物學(xué)上，這種晶瑩透明、結(jié)晶完整的晶體叫做冰洲石，而它的通稱則叫方解石。
冰洲石不僅晶瑩可愛，而且具有上述奇特的性能，因此在制造光學(xué)儀器上有其特殊的用途。透過它觀察紙面上的一個點或一條線，會變成兩個點或兩條線。這在光學(xué)上稱為“雙折射”現(xiàn)象。其原因是一束光線射入晶體后，由于礦物各方向的光學(xué)性質(zhì)不同，故分解成不同性質(zhì)的兩條光線。利用冰洲石的雙折射和偏光性能，可以制造偏光顯微鏡、旋光測糖計、光度計、電影機中偏光棱鏡、大屏幕顯示儀、化學(xué)分析比色計以及天文望遠鏡等。
1841年，英國物理學(xué)家尼柯爾（1768—1851）用冰洲石做了一個有名的光學(xué)實驗。他把冰洲石切割成長方形，然后沿對角線再剖開，并把剖開的面磨成很平很平的平面，再用樹膠把剖開的兩塊黏合起來，用一束光射入這個經(jīng)切割又黏合的晶體內(nèi)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當光射入晶體時，產(chǎn)生了兩束光（雙折射），當兩條光線經(jīng)過樹膠時，其中有一條光線通過去了，另一條光就通不過而發(fā)生折射。通過去的那條光也改變了原來的性質(zhì)，變成了偏光。
這個實驗很重要，是制造偏光顯微鏡的理論基礎(chǔ)。后來，尼柯爾根據(jù)實驗的結(jié)果，把冰洲石制成顯微鏡上的棱鏡，人們稱它為尼柯爾棱鏡，也就是現(xiàn)在的偏光鏡。偏光顯微鏡，就是在普通顯微鏡的基礎(chǔ)上，再裝入上、下兩個偏光鏡而制成的。即在載物臺的下方裝入一個下偏光鏡，在鏡筒上裝入一個上偏光鏡，再加上聚光鏡，就成為偏光顯微鏡。偏光顯微鏡，通常用來觀察礦物和巖石。地質(zhì)科學(xué)家們把礦物、巖石標本磨成很薄很?。s厚0.03毫米）的薄片，當光通過薄片時，就能分辨出它的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征。
偏光顯微鏡的類型很多，但基本構(gòu)造相似。國產(chǎn)的有蘇州光學(xué)儀器廠出產(chǎn)的XPA型偏光顯微鏡。世界上歷史悠久、光學(xué)性能良好的偏光顯微鏡，要數(shù)德國的萊茲型偏光顯微鏡。

 顯微鏡在20世紀早期的發(fā)展
1903年奧地利籍匈牙利裔化學(xué)家里夏德﹒阿道夫﹒席格蒙迪(Richard Adolf Zsigmondy)發(fā)明了超顯微鏡，超顯微鏡是基于光散射而非反射，用來觀察氣體或膠體中的粒子。席格蒙迪命名為超級，因為它可以研究尺度在波長以下的物體，超的意思就是超出了波長的限制，而不是超級的意思，并于1925年獲得了諾貝爾化學(xué)獎。席格蒙迪1897年加入了由Abbe與肖特(Schott Glaswerke AG)成立的肖特玻璃制造廠，在該廠工作期間，席格蒙迪對茶色玻璃進來了研究，還發(fā)明了一種玻璃，命名為“Jenaer Milchglas”。1890年席格蒙迪辭職，與蔡司合作研制了狹縫超顯微鏡，席格蒙迪可以測出玻璃中4納米的顆粒。1907年他進入格丁根大學(xué)，成為有機化學(xué)教授，直至1929年2月退休，席格蒙迪一生的主要成就在于確立了現(xiàn)代膠體化學(xué)的基礎(chǔ)。
1932年弗里茨﹒塞爾尼克(FritsZernike)發(fā)明了相位差顯微鏡來研究無色和透明的生物樣品，這樣細胞不再需要染色，塞爾尼克因此獲得了1953年諾貝爾物理學(xué)獎。然而在相位差顯微鏡剛被發(fā)明時并沒有得到足夠多的重視，塞爾尼克與蔡司公司討論過合作的可能性，但蔡司當時不敢興趣。直到二次世界大戰(zhàn)時塞爾尼克被納粹黨逮捕，媒體的報道將塞爾尼克再次推倒前臺，相位差顯微鏡才得到重視。
極化/偏振顯微鏡(polarization microscopy)也是一種非標記技術(shù)，由德國物理學(xué)家馬克﹒貝雷克(Mark Berek)在二次世界大戰(zhàn)前發(fā)明，具體年月不詳。雖然當時人們已經(jīng)開始使用熒光顯微鏡，但因為熒光顯微鏡的樣品需要固定染色，所以熒光顯微鏡觀察到的亞細胞結(jié)構(gòu)存在很大爭議，很多人認為那是染料造成的假象，非標記顯微鏡觀察到的結(jié)構(gòu)更容易獲得認可。W.J.Schmid在1937年觀察到了紡錘體的纖維狀結(jié)構(gòu)，但圖像有些模糊不清。1953年Shinya Inoué用自制的改進型偏振顯微鏡證實了Schmid的發(fā)現(xiàn)，通過與熒光顯微鏡的結(jié)果比較，二者結(jié)果相似，這也在一定程度上推動了熒光顯微鏡的發(fā)展。
20世紀50年喬治﹒諾馬爾斯基(Georges Nomarski)發(fā)明了微分干涉相襯顯微鏡(differentialinterference contrast)，微分干涉相襯顯微鏡可以用來研究非染色的活生物樣品。微分干涉相襯顯微鏡要求透明樣品的折射率與樣品所處的介質(zhì)環(huán)境相同，而且不能研究厚的或者有色素的樣品，但微分干涉相襯顯微鏡的分辨率在合適的條件下可以比相位差顯微鏡更高。Allen1981年將攝像機(video camera)技術(shù)與微分干涉相襯顯微鏡整合成視頻增強對比微分干涉相襯顯微鏡(Video-enhanced Contrast, Differential Interference Contrast(AVEC-DIC) microscopy)，當然攝像機也可以與偏振顯微鏡整合成視頻增強對比偏振顯微鏡(Video-enhancedContrast Polarization Microscopy)。
1940年西奧多﹒弗斯特(Theodor Fster)發(fā)現(xiàn)了熒光共振能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象(fluorescence resonance envergy transfer, FRET)，弗斯特證實電子激發(fā)能量能夠從熒光供體(donor fluorescence)轉(zhuǎn)到熒光受體(acceptorchromophore),轉(zhuǎn)移的效率與分子距離的六次方的倒數(shù)相關(guān)。FRET顯微鏡可以用來研究蛋白在體內(nèi)的相互作用，1996年韓國學(xué)者Taekjip Ha首次實現(xiàn)了單分子FRET，目前單分子FRET可以在體外實時研究分子相互作用和分子動態(tài)變化。 

電子顯微鏡的誕生與發(fā)展
早在1874年，德國光學(xué)專家阿貝（1840—1905）提出了光學(xué)顯微鏡分辨能力極限的問題。他指出，想通過光學(xué)顯微鏡來觀察比0.2微米還小的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，顯然是徒勞的。光學(xué)顯微鏡的最高放大倍率為5000倍。它雖然開闊了人們的眼界，在某些領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用，但由于它的分辨能力的限制，以至于仍然未能深入到神秘的微觀世界中去。
提高顯微鏡分辨率的途徑之一是設(shè)法減小光的波長，或者用電子束來代替光。根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波理論，運動的電子具有波動性，而且速度越快，“波長”就越短。如果能把電子的速度加到足夠高，用磁場聚焦電子束，就有可能用電子束來放大物體。
1931年，德國的克諾爾和魯斯卡，用冷陰極放電電子源和三個電子透鏡改裝了一臺高壓示波器，獲得了放大十幾倍的圖像，證實了電子顯微鏡放大成像的可能性。
1932年，經(jīng)過魯斯卡的改進，電子顯微鏡的分辨能力達到了50納米，大概是當時光學(xué)顯微鏡分辨率的十倍，于是電子顯微鏡開始受到人們的重視。
二十世紀40年代，美國人希爾用消像散器克服了電子透鏡旋轉(zhuǎn)不對稱性的負面影響，使電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)有了新的突破，逐步達到了現(xiàn)代電子顯微鏡的水平。
電子顯微鏡發(fā)展初期正是新中國建設(shè)百廢待興的年代，我們國家的科研工作者高瞻遠矚緊跟世界科研潮流，在1958年成功研制出透射式電子顯微鏡，分辨本領(lǐng)為3納米，1979年又制成分辨本領(lǐng)為0.3納米的大型透射電子顯微鏡。
由于分辨率太低而且電子束對樣品損傷嚴重，此時的電子顯微鏡并不適合去觀測單個分子。隨著上世紀80年代掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡的問世，在表面上檢測單個原子或分子終于成為可能。
1952年，英國工程師CharlesOatley制造出了第一臺掃描電子顯微鏡(SEM)，電子顯微鏡被認為是20世紀最重要的發(fā)明之一。很多在可見光下看不見的物體——例如病毒——在電子顯微鏡下都現(xiàn)出了原形。
用電子代替光，這或許是一個反常規(guī)的主意，但是還有更令人吃驚的發(fā)明。
1983年，IBM公司蘇黎世實驗室的兩位科學(xué)家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer發(fā)明了掃描隧道顯微鏡(STM)。這種顯微鏡比電子顯微鏡更加激進，它完全失去了傳統(tǒng)顯微鏡的概念。掃描隧道顯微鏡的工作原理是“隧道效應(yīng)”。隧道掃描顯微鏡沒有鏡頭，它使用一根探針。探針和物體之間加上電壓，如果探針距離物體表面很近—大約在納米級的距離上—隧道效應(yīng)就會起作用。電子會穿過物體與探針之間的空隙，形成一股微弱的電流。如果探針與物體的距離發(fā)生變化，這股電流也會相應(yīng)的改變。這樣，通過測量電流我們就能知道物體表面的形狀，分辨率可以達到單個原子的級別。因為這項奇妙的發(fā)明，Binnig和Rohrer獲得了1986年諾貝爾物理學(xué)獎，電子顯微鏡的發(fā)明者Ruska在同一年與他們共享了諾貝爾物理學(xué)獎。
電子顯微鏡在細胞生物學(xué)中的應(yīng)用奠定了現(xiàn)代細胞生物學(xué)的基礎(chǔ)，很多細胞的超微結(jié)構(gòu)都是在電子顯微鏡的幫助下實現(xiàn)的。
20世紀后半段是電子顯微鏡發(fā)展的黃金期，比如羅馬尼亞出生的美國細胞生物學(xué)家喬治﹒埃米爾﹒帕拉德(George Emil Palade)借助電子顯微鏡的幫助在1995年發(fā)現(xiàn)了核糖體，核糖體是細胞內(nèi)蛋白質(zhì)翻譯的工廠，核糖體的發(fā)現(xiàn)對我們認識細胞功能邁出了重大的一步，因此帕拉德于1974年被授予諾貝爾醫(yī)學(xué)獎。工欲善其事必先利其器，帕拉德的貢獻就是拜電子顯微鏡所賜。
雖然電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)早已遠勝光學(xué)顯微鏡，但因為電子顯微鏡要在真空條件下工作，所以很難觀察活生物，而且電子束照射會使生物樣品受到輻照損傷。
由于電子顯微鏡的明顯劣勢，即使電子顯微鏡分辨率更高，但它仍然不能替代光學(xué)顯微鏡，光學(xué)顯微鏡的發(fā)展仍然在默默進行著。

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