【生物虚拟实验】光学显微镜的发展历程

2022/5/9 9:57:25 矩道科技 产品动态

生物教学中,通过矩道生物仿真实验室中的各类虚拟实验资源创设生物学科融合课程,以虚补实,日常教学中令人苦恼的微观的结构与机理形象明了,触手可得。显微镜是生物实验教学中重要的的知识点,也是带领同学们打开微观世界大门的重要工具。下面跟小编一起通过初中生物VR/3D虚拟仿真实验室一睹为快,学习起来吧!



光学显微镜(简称显微镜),顾名思义是一种通过光学放大成像,显示物体微观结构的一种光学仪器,它由一个或多个透镜通过组合构成。显微镜成像是一种光的艺术,在配合各种不同的光源时,可形成各自不同类型的影像,演变形成了各种类型的显微镜。

01

单目生物显微镜

(光学显微镜发展的初期阶段1.0)

光学显微镜-单目生物显微镜


显微镜发展初期,光学技术不发达,当时制成的显微镜为单光路直筒设计,只能使用一只目镜进行观察,因此常被称作单目显微镜。


单目生物显微镜-单光路直筒设计


单目生物显微镜-成像原理


单目显微镜受当时的电子、机械、信息等技术的局限,通常具有以下几种特点;①采用反光镜反射自然光提供照明;②粗、细准焦螺旋采用分离式手轮;③载物台为单层结构,且不可移动。


光学显微镜的结构特点


早期影像技术还未起步,使得显微镜下的微观世界只能即时观察,若想把看到的微观世界呈现出来,与他人进行沟通交流,就需通过笔、纸把观察到的影像,以临摹的方式画出来,因此生物绘画就成了当时生物学工作者的一项必备技能。生物绘画要求观察者左眼进行观察,右眼辅助绘画,难度较高,绘画结果精度较低,且容易受到人为主观因素的影响而失真。


使用显微镜即时观察生命现象-植物细胞叶绿体的流动


使用显微镜即时观察生命现象-小鱼尾鳍血液的流动


综上所述,在当时使用显微镜观察被认为是一项十分复杂的科学实验操作过程,操作人员需进行训练才能熟练使用显微镜,并获得较理想的结果。尽管如此,显微镜的出现,大幅拓宽了人类的观察范围,也使得微生物学、医学等学科取得了前所未有的进步。


显微镜的使用推动了生物学和医学的发展

02

双目生物显微镜

(显微镜发展的第二阶段2.0)

由于使用单目生物显微镜时需将一只眼对准目镜,长时间观察极易疲劳。电灯的出现使得显微镜的照明得到大幅度改善,特别是光源的亮度充足且亮度还可不断提高,从而促使人们能够利用分光棱镜将物镜传上来的光信号一分为二,便于使用者通过两只眼睛进行观察,这样便大幅减轻眼睛负担,提高使用的舒适度,因此这种显微镜也被称作双目生物显微镜。


双目显微镜


双目生物显微镜除了具备双目观察简外,得益于当时光学、电子技术、机械技术的发展,使得显微镜整体上有了较大的改进。

显微镜发展至这一阶段,是光学技术的快速发展时期,尤其是可控的电灯取代自然光使得显微镜的使用不再受自然环境以及地理位置的影响。另外由于电灯的多样化,以及各种滤光镜的运用,光学技术的进步,促使荧光显微镜、金相显微镜、偏光显微镜,倒置显微镜等多种类型显微镜得以面世。

03

三目生物显微镜

(显微镜发展的第三阶段3.0)

光学成像效果取得重大进展之后,人们将显微镜改善的重点放在了显微图像的获取技术上。人们在双目光路信号进行再次分光,形成三目观察筒,然后将摄像采集器安装于三目观察筒上以获得显微图像。此后显微影像逐渐成为人们记录原始信息的重要手段。相比之前提及的显微绘画,这种获取显微画面的方式更精准、更高效,更先进。

04

数码液晶显微镜

(显微镜发展的第四阶段4.0)

数码显微镜凭其能够实时显示及图像处理等优点,获得了广泛的应用,显微观察不再拘泥于传统双目观察筒。上一代显微镜要获得显微图像离不开计算机及其软件等辅助设备(连接支架、显示器等),这就需要专业人员安装调试,用户搬移非常不方便,且占用实验空间。

时代在发展,科技在进步,在这个基础上,伴随着液晶屏技术的成熟,超薄超清晰的液晶显示屏也被集成于数码显微镜中,通过整体化的专业设计,进行光、机、电、软件的科学融合,开发出了数码液晶显微镜,数码液晶显微镜的诞生大幅缩减了整个显微观察系统的体积,提升了仪器的便携性,方便了用户的使用,更使得户外显微观察成为可能。


数码液晶显微镜


数码液晶显微镜兼具传统双目观察筒及高清液晶显示屏的版本,一来屏幕提供了方便的观察,及交流环境,二来通过双目观察简进一步验证观察结果,便可确保结果无误。

显微镜发展到第四个阶段,更多考虑的是使用上的革新,易用性、便利性。此时数码液晶显微镜具备生物显微镜和实体显微镜的功能,还增加了显微测量功能,同时可以内置高容量锂电池(便于户外使用)以及将数据存于U盘之中的功能。

05

未来的显微镜

显微镜是人们观察微观世界的一个重要的工具,它也是随着人类科技的进步而不断发展。纵观光学显微镜的发展史,每一次的进步提高都离不开新技术的产生和发展。与此同时也有相应的落后技术被淘汰,如电灯光源的出现使得反光镜作为光源的显微镜被淘汰,影像装置的出现使得显微绘画失去了存在的意义。可以预见的是,未来显微镜仍然会不断推陈出新。

一方面,在互联网信息技术爆炸式发展的时代,显微镜的联网使用和分享机制将逐步建立;另一方面,伴随着传感器技术以及软件算法的不断创新,显微镜走向智能化、自动化的步伐也已迈开。到那时,人们可将更多的精力投入到研究的课题中而不再纠结显微镜的使用方式,大大提高了观察效率。

以上就是对光学显微镜的发展历程介绍,通过矩道生物仿真实验室中的各类虚拟实验资源创设生物学科融合课程,以虚补实,让日常教学中令人苦恼的微观的结构与机理形象明了。如需了解详情,赶紧咨询我们吧!

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