Mikroskop, gözle görülemeyecek kadar küçük cisimlerin optik veya elektronik olarak büyütülüp incelenebilmesini sağlayan bir cihazdır. Mikroskop, bilim adamlarının, gözün göremeyeceği kadar küçük cisimleri tanımlamasını ve üzerinde çalışmalar yapmasını sağlamıştır. Bu sözcük eski Yunanca “küçük” ve “görmek” sözcüklerinden oluşmaktadır.
Mikroskobu kim buldu?
En erken mikroskoplar, 13. yüzyıldaki gözlük camlarının geniş kullanım alanı ile sınırlı büyütme oranına sahip tek lens büyütücü gözlükler olmuştur. bunları mikroskoptan daha çok büyüteç olarak değerlendirmek gerekir.
Bileşik mikroskobunun gerçek mucidi hakkında, yıllar boyunca birçok iddia olmasına rağmen bilinmemektedir. Bunlardan biri, Hollandalı gözlükçü Zacharias Janssen’in, 1590 da bileşik mikroskop ve / veya teleskopu icat ettiği yönündedir. Bir başka iddia ise, Janssen’in rakibi Hans Lippershey‘in (1608’de ilk teleskop patenti için başvuran kişidir) aynı zamanda bileşik mikroskopu icat ettiğidir. Bazı tarihçiler ise 1621’de gösterdiği bileşik mikroskobu ile Hollandalı yenilikçi Cornelis Drebbel’i işaret etmektedir.
Cornelis Drebbel
Bileşik mikroskoplar ilk olarak Avrupa’da 1620 civarında ortaya çıkmıştır. Cornelis Drebbel tarafından 1621’de Londra’da gösterilmiş ve bir diğeri de 1624’te Roma’da sergilenmiştir.
Galileo Galilei de, bileşik mikroskobun muciti olarak belirtilir. 1610’dan sonra, teleskopunu, sinek gibi küçük nesneleri görmek için odaklamayı başarmıştır. Galileo’nun mikroskobunun dezavantajı, 60 cm uzunluğundaki teleskopun, küçük nesneleri görmek için 180 cm ye uzatılması gerekliliğiydi. Drebbel’in 1624 yılında Roma’da sergilediği bileşik mikroskopu gördükten sonra Galileo kendi geliştirilmiş versiyonunu yaptı. Galileo cihazını “Occhiolino” (küçük göz) olarak adlandırmıştı.
Giovanni Faber
1625 yılında Giovanni Faber, 1624 yılında Galileo’nun mikroskobunu temel alarak bir tane yapmıştır. Faber, Yunanca “küçük” anlamına gelen (mikron) ve “bakmak için” anlamına gelen (skopein) isminden, Mikroskop adını vermiştir.
Başka bir Hollandalı olan Christiaan Huygens, 17. yüzyılın sonlarında akromatik olarak düzeltilmiş basit bir 2 lensli oküler sistem geliştirdi ve bu nedenle mikroskop gelişiminde büyük bir adım attı. Huygens’in oküler sistemi günümüzde hala üretilmektedir.
Antonie van Leeuwenhoek (1632–1724), basit mikroskopların 16. yüzyılda hali hazırda üretilmelerine rağmen mikroskopun biyoloji alanında kullanımını yaygınlaştıran kişi olmuştur. Biyolojinin babası olan Van Leeuwenhoek’in ev yapımı mikroskopları, çok küçük ancak güçlü bir lensi olan, cisimleri 200 kere büyütebilen basit mikroskoplardı. Bileşik mikroskopun birden fazla lensle yapılandırılmasındaki zorluklar nedeniyle van Leeuwenhoek’un basit mikroskopları ile aynı kalitede görüntü verebilmesi için yaklaşık 150 yıllık optik gelişim devam etti. 1850’lerde, Tulane Üniversitesi Kimya Profesörü John Leonard Riddell, ilk pratik binoküler mikroskopu icat ederken, kolera’nın en eski ve en kapsamlı mikroskobik incelemelerini gerçekleştirdi.
Temel mikroskop teknolojisi ve optikler 400 yılı aşkın süredir mevcut olsa da, günümüzde görülen yüksek kaliteli görüntülerin üretilmesi için örnek aydınlatma tekniklerinin geliştirilmesi çok daha yakın bir geçmişe sahiptir.
Ağustos 1893’de August Köhler, Köhler aydınlatmasını geliştirdi. Bu incelenen örnek cismi aydınlatma yöntemi, son derece düz bir aydınlatma yaparak eski örnek aydınlatma tekniklerinin birçok sınırlamasını ortadan kaldırmıştır. Köhler aydınlatmasının geliştirilmesinden önce ışık kaynağının görüntüsü, örneğin bir ampul filamanı, numunenin görüntüsünde çıkmaktaydı.
Frits Zernike
1953’te Hollandalı fizikçi Frits Zernike, Fizik Nobel Ödülü’nü, şeffaf numunelerin görüntülenmesine izin veren faz kontrast aydınlatması geliştirilmesi nedeniyle aldı. Sadece iki yıl sonra, 1955’te, Georges Nomarski diferansiyel girişim kontrast mikroskobu için başka bir girişim tabanlı görüntüleme tekniği teorisini yayınladı.
Modern biyolojik mikroskopi, bir hücre içindeki spesifik yapılar için floresan probların gelişimi sayesinde meydana geldi. Normal transilluminasyonlu ışık mikroskobunun aksine, floresan mikroskobunda numune, objektif lensin içinden dar bir ışık dalga setiyle aydınlatılır. Bu ışık, incelenecek örnekte floroforlarla etkileşir ve daha sonra daha uzun bir dalga boyunun ışığını yayar. Görüntüyü oluşturan bu yayılan ışıktır. 20. yüzyılın ortalarından beri DNA’ya bağlanan DAPI gibi kimyasal flüoresan lekeler, hücre içindeki belirli yapıları etiketlemek için kullanılmıştır.
Optik Mikroskop
Modern mikroskoplar, yaklaşık olarak eskiler ile aynı ilkelere göre üretilmektedir. Aynı insan gözünün çalışma prensibi gibi, cisimleri görmek içi ışık kullanırlar bu nedenle bunlara optik mikroskop adı verilmektedir. Optik mikroskopta, ışığın özelliğinden dolayı, çok yakın noktalar birleşikmiş gibi görülür. Işık, küçük dalgalar şeklinde incelenecek cisme doğru gönderilir. Gelen ışık, cisim üzerindeki her noktadan, her yöne doğru dalgalar şeklinde dağılarak yansır. Mikroskobun kalitesi, büyütme gücü ve ayırma gücü ile belirlenir. Ayırma gücü, mikroskobun ayrı ayrı görebildiği en yakın iki nokta arasındaki uzaklıktır. Mavi ışığın dalga boyu, kırmızı ışıktan daha kısadır. Bu yüzden, mavi ışık kullanılırsa, ayırma gücü daha fazlalaşır. Bazı optik mikroskoplarda 18 bin kata kadar büyütme yapabilmektedir.
Optik mikroskopta mercekler vardır. Mercekler, geçen ışığın yolunu değiştirecek şekilde, eğri yüzeyli yapılmış camdan araçlardır. Işığın yolunu değiştirmelerine, ışığın kırılması denir. Mercekler, cismin daha büyük bir görüntüsünü verirler. Gördüğümüz şey, bu görüntüdür. En basit optik mikroskopta yalnız bir mercek vardır. Bu, büyüteç denilen araçtır. Büyütme gücü çok azdır. Cisimleri değişik biçimde gösterir; çünkü kenarlarında fazla sapmalar olur. Bilim adamları ise, karma bir mikroskop kullanırlar. Bunlarda çok sayıda mercek vardır.
Bir grup mercek, ışığı daha dar bir alana toplayıp kuvvetlendirmek için kullanılır. Bunlara kondenser denir. Aşağıdan gelen ışığı, cismin tam üstüne getirmeyi sağlarlar. Işık, çok kere bir elektrik ampulünden gelir ve bir aynayla, kondensere gönderilir. Objektif denilen bir grup mercek ise, büyütme işini yapar. En üstte de görüntüyü yeniden büyütüp, görülebilecek duruma getiren mercek grubu, yani bakaç vardır.
Bazen, farklı büyütme gücünde birkaç objektif bulunabilir. Bunlar farklı büyüklükte görüntüler elde edilmesini sağlarlar. Böyle özellikleri olan bir mikroskop daha pahalı olur.
Elektron Mikroskobunun icadı
İlk elektron mikroskobu ilkeleri ve elektromanyetik mercek 1931’de Hans Busch tarafından geliştirilmiştir. Fizikçi Ernst Ruska ve elektrik mühendisi Max Knoll, 1931 yılında dört yüz kat büyütme yeteneğine sahip prototip elektron mikroskobunu birlikte kurdular; bu cihaz elektron mikroskobu ilkelerini kanıtlayan ilk cihaz oldu. İki yıl sonra, 1933’te, Ruska optik (ışık) mikroskobuyla elde edilebilen çözünürlüğü aşan bir elektron mikroskobu yaptı. Ayrıca, Siemens-Schuckertwerke bilimsel direktörü Reinhold Rudenberg, Mayıs 1931’de bir elektron mikroskobu için patent aldı.
Elektron Mikroskoplarının Çalışma Prensibi
Elektron mikroskoplarında, ışık yerine bir elektron demeti kullanılmaktadır. Elektron mikroskoplarda büyütme gücü, birkaç yüz bine kadar çıkmaktadır. Bir elektron mikroskobunda da net olmayan görüntüler olabilir. Burada kullanılan elektronlar da küçük dalga grupları şeklinde gönderilirler. Fakat yine de, elektron dalgalarının dalga boyları, ışığın dalga boyundan 100 kat daha kısadır. Bı yüzden, elektron mikroskobunun ayırma gücü, optik mikroskobun yüz katıdır. Buna göre, elektron mikroskobuyla birkaç atom topluluğu görülebilir.
Mikroskobu iyi kullanabilmek için, tam ayarlamayı öğrenene kadar alıştırma yapmak gerekir. Ayar için cisme ışık tam olarak düşürülmelidir. Cismin tam yerine konması da önemlidir. Cisimden alman parça, çok kere, daha iyi görünsün diye boyanır, incelenecek şey, cismin ince bir parçası, bir sıvı olabilir. Işığın içinden geçebilmesi için bu örnek ince olmalıdır. Bir katı cisim inceleniyorsa, ışık üstten cisim üzerine düşürülecek şekilde ayarlanır. Işık, cisimden yansıyarak mikroskobun merceklerine gider.
Elektron mikroskobunda, ışığı kırmak için, optik) mikroskoplardaki mercekler kullanılmaz. Işığı kırmakta elektrik ve manyetik alanlardan yararlanılır. Elektronlar, negatif (eksi) yüklü küçük taneciklerdir. Boşlukta bir doğru çizgi şeklinde ilerlerler. Fakat elektriksel veya manyetik bir alandan geçirilirlerse, yollarının doğrultusu değişir. Elektriksel alan, bir pille oluşturulur. Manyetik alan ise, mıknatısla elde edilir.
Elektron mikroskobunda elektronlar, elektron topu denilen bir araçtan boşluğa fırlatılır. Isıtılmış bir metal aracılığıyla ısıtılır ve elektrik gerilimleri arttırılır. Bu gerilim milyonlarca volta kadar çıkabilir. En küçük değeri de, elektronların dalga boyu kadar olur; böyle yapılınca, mikroskobun ayırma gücü daha fazla olabilir. Elektronlar ısıtıldıktan ve gerilimleri arttırıldıktan sonra, bir delikten, içinde hava bulunmayan mikroskop tüpüne gönderilir. Bu boşluk gereklidir; çünkü hava, elektronların gidiş yolunu değiştirir. Elektronlar daha sonra, bir manyetik mercekten geçirilerek, incelenecek cisim üzerine gönderilirler. Canlı maddeler elektronlarla öldüğü için, bu mikroskopla incelenemez. İncelenecek parça, elektronların içinden geçmesini sağlamak üzere, çok İnce olmalıdır. Yüksek voltajlı (gerilimli) elektronlar daha kalın cisimlerden de geçebilirler. Elektronlar, cisim içinde dağılır ve cismin diğer tarafındaki merceklerden geçip flüorışıl bir perdeye çarparlar. Burada görüntü oluştururlar. Ekranın çalışma şekli televizyondaki gibidir. Ekrandaki görüntü gözle izlenebilir veya fotoğrafı çekilebilir.
İyon Mikroskopları
Zamanımızda kullanılan en güçlü mikroskoplar, iyon mikroskoplarıdır. İyon Mikroskobu 1958’de Alman fizikçi Erwin Müller tarafından icat edilmiştir. İyon Mikroskopları elektron mikroskoplarından çok daha ince noktaları inceleyebilirler. Daha çok, metalleri incelemekte kullanılırlar. Ayırma gücü o kadar fazladır ki, metal kristallerinde atomların dizilişi net olarak görülebilir. Atomlar belirli bir düzende dizilirler. Metaller düşük sıcaklıkta olursa, mikroskobun büyütmesi üç milyon kat olabilir.
Bilim adamları, çok değişik tipte mikroskoplar kullanmaktadırlar. Elektron ve iyon mikroskoplarını, bilim adamları kullanır. Normal mikroskopları ise herkes kullanabilir.
Günümüzde mikroskoplar, tıp, biyoloji, jeoloji, kimya, fizik ve arkeoloji alanlarında çok önemli rol oynamaktadırlar.