怎么制作简易列文虎克显微镜（从列文虎克显微镜到电子显微镜）

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公元1680年，一个在荷兰德夫特的市政厅门房干了几十年门卫工作的半老头子，却被当时欧洲乃至世界科技界颇具权威的英国皇家学会吸收为正式会员；接着，英国女王亲笔给他写来了贺信。一时，他从一个最普通、最平凡的人霎时间变成了震惊世界的名人。他的主要业绩，就是经过自己几十年坚韧不拔的努力和探索，发明了世界医学史上第一架帮助人类认识自然、驾驭自然、打开微观世界大门的显微镜，从此，他的这一业绩时时深刻地影响着人类的生命和生活。这个令世界震惊的小人物就是1632年出生于荷兰德夫特一个普通工匠家庭，而后成为荷兰著名微生物学家的列文•虎克。

列文•虎克

早年的列文•虎克由于父亲的早逝，妈妈无力负担他求学，16 岁时，就来到首都阿姆斯特丹的一个杂货铺里当了学徒。一天深夜，他正在伏案读书时，被隔壁眼镜店作坊的工匠磨制镜片的沙沙作响的声音吸引住了。他放下手中的书本，悄悄来到眼镜作坊里。他望着工匠们磨出的一块块镜片，脑际突然浮现出一个奇怪的念头：如果能磨出一块特殊的镜片，让我们能看清许多用肉眼看不清、看不到的东西该多好哇！就是这样一个灵感似的奇想，竟从此使他下定了磨制一块“魔镜”的决心。从此以后，列文•虎克拜一位老工匠为师，虚心求教。

有一天，这位老师傅给列文•虎克讲了这样一件事：老师傅的孙子有一天偶尔将两块磨制好的透镜叠在一起放在一张废纸上看上面的字，只见这些字比原来的大好多倍，老师傅马上拿过这两块镜片放在孙子头上看头发，突然发现头发像铁丝一样粗。

老师傅讲的这件事引起列文•虎克的极大兴趣，他发誓一定要磨制出比眼镜镜片更精制、用途更广泛的镜片。功夫不负有心人，一滴汗水换来一份收获，他辛勤地劳动最后结出了丰收的果实，他终于磨成了两块光亮精巧的透镜。他将镜片叠起来看鸡毛，只见一根鸡毛上被放大了的绒毛像树枝一样排列着。接着，他试着将重叠在一起的两块镜片间的距离上下变化，只见随着镜片间距离的变化，直接影响着观察的效果。

一天，他在干完杂货铺的工作后来到大街上，边走边思索。忽然间，他被一阵丁丁冬冬的响声所吸引，猛然抬头往左一看，是一家铁铺在打铁。于是他来到铁铺里，看到了铁匠们打制出的一件件铁器。这时，他忽而又想到：如果能让铁匠打制一个铁架和一个铁筒，将镜片固定在镜筒的两头，然后再固定在铁架上，这样观察不是既省力又方便吗？想法既出，马上他就找了铁匠师傅，将自己的想法告诉他们。

列文虎克发明的第一台显微镜。

没过几天功夫，列文•虎克按照自己的设想所发明的第一架显微镜终于诞生了。几年之后，他终于又研制出多台更精制、完美的显微镜。同时，他运用自制的显微镜，第一次发现了血液里的血液细胞和生物王国中神奇多彩的微生物世界。于是，他将自己研制的显微镜和所发现的关于血液细胞和微生物的观察实验记载寄给了英国皇家学会。

从原始人类第一次抬头仰望天空开始，与生俱来的好奇心就从未停止驱使人类去深入探索头顶上那片浩瀚的空间。从尺度上来说，人类的观察总是朝着两个极端发展——无限大和无限小。前者表现在人类对天文学、宇宙学的研究，后者表现在对显微技术的探索。可是长期以来由于技术限制，人类的观察总在肉眼层面上进行，纵使目眦尽裂也无法看得更清楚。

在微观方向上，从17世纪中叶英国博物学家、发明家罗伯特·胡克发明第一台光学显微镜以来，显微镜已经发展成了一个庞大的家族。显微镜按成像原理主要分为光学显微镜和电子显微镜两大类。光学显微镜又可以根据不同的样品处理技术、不同的显示原理、不同的成像位置等分为暗视野显微镜、相差显微镜、荧光显微镜和共聚焦显微镜等多个子类。电子显微镜也可分为透射电子显微镜和扫描电子显微镜两大类。

不同显微技术的极限分辨率从肉眼的0.2毫米，到光学显微镜的0.2微米，再到电子显微镜的0.2纳米，每一个台阶的跨越都是科学家艰苦卓绝努力的结果。其中最让人着迷的要数放大能力最强的电子显微镜了！

透射电子显微镜：每天拍摄3000张照片。

电子显微镜

根据光学原理，分辨率的极限近似于入射光波长的二分之一，而可见光的波长在400~700纳米之间，所以光学显微镜的极限分辨率为0.2微米。再往下要寻求更短的波长只能根据德布罗意提出的物质波原理，使用不易产生衍射的电子的物质波来成像了。

电子显微镜主要分为透射电子显微镜和扫描电子显微镜，二者都是利用与样品相互作用的电子来成像的，但二者的成像原理差异不小。

透射电子显微镜，顾名思义，其原理就是利用电子束穿透样品，再用电子透镜成像放大以获得样品的显微结构。它的光路与光学显微镜很相似。因为电子束要透过样品才能成像，所以样品必须非常薄，这正是限制其使用范围的重要因素之一。

扫描电子显微镜与前者不同，它是利用电子束轰击样品表面，从而使样本表面原子的电子被激发后从原子里逃出来，成为次级电子。根据次级电子在显像管的荧光屏上的成像来推知样品的表面结构。

显微镜下的新型哥布林蜘蛛。

放大极致微小，探索生命奥秘

电子显微镜依靠其强大的放大能力，在生物学界，尤其是结构生物学界常常是必不可少、“呼风唤雨”的主角。

我们知道，人类生命活动的物质基础最终的落脚点在于细胞中许许多多的微观分子。工欲善其事，必先利其器，要探究生命的本源就必须了解这些分子的结构和功能，而这，就需要电子显微镜的帮助。

生物学中的大分子常常需要一种特殊的扫描电子显微镜来研究——冷冻电镜。它的特殊之处在于使用了快速冷冻技术。这项技术可使水在快速低温处理下呈玻璃态，减少冰晶的产生，防止对样品本身结构的影响。这是因为生物大分子一般需要保存在水中，而水中的大分子会移动，因此利用快速冷冻技术可以用玻璃态的水来保护生物大分子，同时还可以限制它的运动范围。

2015年8月，清华大学的施一公教授在国际顶级期刊《科学》上发表了两篇原创文章，文章中就使用了冷冻电镜来解构一种非常重要的蛋白分子。这种蛋白分子是所有真核细胞基因表达所必须的，其生物学意义非常重大！在探索生命终极奥秘的旅途上，人类因此又迈出了重要一步，这就是电子显微镜在生命科学领域带来的跨时代进步！

随着技术的进步，电子显微技术的局限会逐步缩小，使用范围会越来越大，探寻的领域也会越来越宽。

原创首发。