Optik Mikroskobun Keşfi: Tarihçe ve Özellikleri
Optik Mikroskobun Keşfi: Tarihçe ve Özellikleri
İlk Mikroskoplar
Biyolojik bilimlerde çığır açıcı buluşlardan biri kuşkusuz mikroskop olmuştur. Mikroskobun keşfiyle canlılığın kılcallarına girme imkânı bulduk. İlkel mikroskopların keşfi 16. yüzyılın sonlarına ve 17. yüzyılın başlarına tekabül ediyor.
Çocukluğunuzda büyüteç kullanarak ateş yakma girişiminiz olmuştur. Bu bir çocuk için tehlikeli sayılabilecek oyun aslında antik bir bilgiye dayanır. Kuvars gibi taşlardan elde edilen basit mercekler antik çağlarda ateş yakma amacıyla kullanıyordu. Mercek köken olarak “mercimek” kelimesine dayanır. Antik dönemde mercekler, güneş ışığını odaklayarak parşömende delikler açmak, tedavi için yaraları dağlamak için kullanılır ve büyü için uygulanırdı [1]. Daha sonraki dönemlerde büyüteç ve gözlük olarak kullanıldı.
İlk mikroskobun keşfi de bu teknolojilere dayanıyor diyebiliriz. Hollanda 16. yüzyılda önemli bir gözlük merkeziydi. Hollandalı gözlükçüler Hans Janssen ve oğlu Zacharias Janssen (yaklaşık 1580-1638), bir objektif lens ve bir oküler (göz lensi) kullanarak iki lensli bir mikroskop ürettiler. 17. yüzyılda ise Robert Hooke (1635-1703) daha gelişmiş iki lensli bir mikroskop tasarladı ve biyolojik gözlem amaçlı olarak kullandı. Mantardaki küçük bölmeleri gözlemledi ve bunlara “hücre” ismini verdi. Bu yüzyılın sonlarına doğru bir kumaş tüccarı olan Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) oldukça gelişmiş yükseltme özelliğine sahip tek lensli mikroskobu geliştirdi. 1676 yılında van Leeuwenhoek suyu yakından gözlemledi ve animalcul (hayvancık) adını verdiği küçük organizmaları gözlemledi. Bugün Leeuwenhoek’un animalcul olarak tanımladığı canlılar Protista ve Bakteri alemlerinin üyeleridir. Bu yüzden van Leeuwenhoek mikrobiyolojinin kurucusu olarak kabul edilir.
Tek mercekli bir mikroskop üretmek için, ortasında bir delik olan madeni para kullanabiliriz. Örneğin, küçük bir madeni para alıp, ortası küçük bir delik açıp daha sonra deliğe bir damla su ekleyerek dışbükey bir mercek elde ederiz. Bu basit düzenek bile cisimleri oldukça fazla şekilde büyütebilir.
Modern Mikroskoplar
Carl Zeiss, Ernst Abbe ve Otto Schott'un iş birliğiyle, mikroskobun kompozit merceğini geliştirdi ve sonunda yüksek performanslı bir stand tipi mikroskop üretti. Abbe, uzaysal çözünürlüğü ışık dalga boyuna bağlayan matematiksel teoriyi icat etti ve renk sapması düzeltilmiş bir objektif lens tasarladı, buna "Apochromat" denildi. Bu mercek, mikroskobun uzaysal çözünürlüğünü 0,2 μm'ye kadar düşürdü.
Işığın dalga hareketinden kaynaklı optik mikroskobun uzamsal çözünürlüğü, gözlemlenen dalga boyuyla orantılıdır. Ancak, mavi ışık kullanarak bile nesnelerin minimum çözünürlüğü 0,2 μm'dir. Bu da virüsler gibi nanometre ölçeğindeki nesnelerin sıradan bir mikroskop ile görüntülenemeyeceği anlamını taşır.
Işığın dalga yapısı kırınım oluşturarak numunenin etrafında bulanık bir görüntü oluşmasına sebep olur ve bu görüntünün etrafında orbiküler bir bölge (halka şeklinde) meydana gelir. Bu orbiküler bölge, yeterli bir diyafram açıklığı kullanılarak kesildiğinde keskin bir görüntü elde edilir.
Faz Kontrast Mikroskobu
Yaşam bilimleri alanında kritik öneme sahip örneklerin incelenmesi için mikroskoptan yararlanmak gereklidir. Biyolojik örneklerin büyük bir kısmı saydam olduğundan, optik mikroskopla incelenirken görüntü elde etmek için örneğin ek preparatlarla boyanması gereklidir. Fakat bu tür boyama işlemleri hücrenin fizyolojisini etkiler ve hatta hücrenin ölmesine yol açabilir. Faz kontrast mikroskobu, biyolojik örneklerin incelemesi için kullanılan bir optik mikroskop çeşididir. Bu mikroskop, örnek içindeki hafif farklılıkları kontrastlandırmak için ışık faz değiştirme teknolojisini kullanır. Bu sayede, saydam veya renksiz örnekler bile detaylı bir şekilde incelenebilir. Faz kontrast mikroskobunun çözünürlüğü, ışık mikroskobununkine benzerdir. Ancak, faz kontrast mikroskobu, saydam ve renksiz örneklerin incelenmesinde yüksek kontrast sağladığı için, bu özellik sayesinde çok daha detaylı görüntüler elde edilebilir.
Özellikle hücre biyolojisi ve mikrobiyoloji alanlarında kullanılan faz kontrast mikroskobunun kaşifi Frits Zernike, 1953 yılında Nobel Fizik Ödülü'nü kazanmıştır.