กล้องจุลทรรศน์

กล้องจุลทรรศน์ (จากภาษากรีก "μικρός" (micros) แปลว่า "เล็ก" และ "σκοπέω" (skopeo) แปลว่า "มอง" หรือ "ตรวจสอบ") เป็นอุปกรณ์ในห้องปฏิบัติการที่ใช้ในการตรวจสอบวัตถุที่เล็กเกินกว่าจะมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า จุลทรรศนศาสตร์ (microscopy) คือศาสตร์ที่ศึกษาวัตถุและโครงสร้างขนาดเล็กโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ โดยคำว่า "จุลทรรศน์" หมายถึงสิ่งที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่าหากไม่ได้รับความช่วยเหลือจากกล้องจุลทรรศน์

มีหลายประเภทของกล้องจุลทรรศน์ และสามารถแบ่งกลุ่มได้หลายวิธี วิธีหนึ่งคือการอธิบายวิธีที่เครื่องมือใช้ในการโต้ตอบกับตัวอย่างและสร้างภาพ เช่น โดยการส่งลำแสงของ แสง หรือ อิเล็กตรอน ผ่านตัวอย่างในเส้นทางแสง หรือโดยการตรวจจับการปล่อยฟลูออเรสเซนซ์จากตัวอย่าง หรือโดยการสแกนข้ามและระยะสั้นจากพื้นผิวของตัวอย่างโดยใช้โพรบ กล้องจุลทรรศน์ที่ใช้บ่อยที่สุด (และชนิดแรกที่ถูกประดิษฐ์) คือกล้องจุลทรรศน์แสง ซึ่งใช้เลนส์ ในการหักเห แสงที่มองเห็นได้ ที่ผ่านตัวอย่างที่ถูกตัดบาง ๆ เพื่อสร้างภาพที่สามารถสังเกตเห็นได้ ประเภทหลักอื่น ๆ ของกล้องจุลทรรศน์ ได้แก่ กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์, กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (ทั้งกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบถ่ายภาพและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน) และกล้องจุลทรรศน์แบบสแกนโพรบชนิดต่าง ๆ

 ประวัติ 
เดิมการศึกษาวัตถุที่มีขนาดเล็กมากใช้เพียงแว่นขยายและเลนส์อันเดียวส่องดู เช่นเดียวกับการใช้แว่นขยายส่องดูลายมือ ช่วงปี พ.ศ. 2133 แซคาเรียส แจนเซน (Zaccharias Janssen) ช่างทำแว่นชาวดัตช์ (หรือบิดาของเขา หรือทั้งคู่) ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ประกอบ ประกอบด้วยแว่นขยายสองอัน ต่อมากาลิเลโอ กาลิเลอี (Galileo Galilei) ได้สร้างแว่นขยายส่องดูสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆRaymond J. Seeger, Men of Physics: Galileo Galilei, His Life and His Works, Elsevier – 2016, p. 24J. William Rosenthal, Spectacles and Other Vision Aids: A History and Guide to Collecting, Norman Publishing, 1996, page 391uoregon.edu, Galileo Galilei (Excerpt from the Encyclopedia Britannica) ในปี พ.ศ. 2208 รอเบิร์ต ฮุก (Robert Hooke) ได้ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ประกอบที่มีลำกล้องรูปร่างสวยงาม ป้องกันการรบกวนจากแสงภายนอกได้ และไม่ต้องถือเลนส์ให้ซ้อนกัน เขาส่องดูไม้คอร์กที่ฝานบาง ๆ แล้วพบช่องเล็ก ๆ มากมาย เขาเรียกช่องเหล่านั้นว่าเซลล์ ซึ่งหมายถึงห้องว่าง ๆ หรือห้องขัง เซลล์ที่ฮุกเห็นเป็นเซลล์ที่ตายแล้ว เหลือแต่ผนังเซลล์ของพืชซึ่งแข็งแรงกว่าเยื่อหุ้มเซลล์ในสัตว์ จึงทำให้คงรูปร่างอยู่ได้ ฮุกจึงได้ชื่อว่าเป็นผู้ที่ตั้งชื่อเซลล์

ในปี พ.ศ. 2215 อันโตนี ฟัน เลเวินฮุก (Antony Van Leeuwenhoek) ชาวดัตช์ สร้างกล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์เดียวจากแว่นขยายที่เขาฝนเอง แว่นขยายบางอันขยายได้ถึง 270 เท่า เขาใช้กล้องจุลทรรศน์ตรวจดูหยดน้ำจากบึงและแม่น้ำ และจากน้ำฝนที่รองไว้ในหม้อ เห็นสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ มากมาย นอกจากนี้ เขายังส่องดูสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ เช่น เม็ดเลือดแดง, กล้ามเนื้อ เป็นต้น เมื่อเขาพบสิ่งเหล่านี้ เขารายงานไปยังราชสมาคมแห่งกรุงลอนดอน จึงได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์

 พ.ศ. 2367 ดูโธรเชต์ (Rene J.H. Dutrochet) นักพฤกษศาสตร์ชาวฝรั่งเศสศึกษาเนื้อเยื่อพืช และสัตว์พบว่าประกอบด้วยเซลล์
 พ.ศ. 2376 โรเบิร์ต บราวน์ (Robert Brown) นักพฤกษศาสตร์ชาวอังกฤษ เป็นคนแรกที่พบว่าเซลล์และพืชมีนิวเคลียสเป็นก้อนกลมๆ อยู่ภายในเซลล์
 พ.ศ. 2378 เฟลิกซ์ ดือจาร์แดง (Félix Dujardin) นักสัตวศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ศึกษาจุลินทรีย์และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ พบว่าภายในประกอบด้วยของเหลวใส ๆ จึงเรียกว่า ซาร์โคด (sarcode) ซึ่งเป็นภาษาฝรั่งเศสมาจากศัพท์กรีกว่า ซารค์ (sarx) ซึ่งแปลว่าเนื้อ
 พ.ศ. 2381 มัททิอัส ชไลเดน (Matthias Jacob Schleiden) นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมัน ศึกษาเนื้อเยื่อพืชชนิดต่าง ๆ พบว่าพืชทุกชนิดประกอบด้วยเซลล์
 พ.ศ. 2382 ชไลเดนและทีโอดอร์ ชวาน (Theodor Schwann) จึงร่วมกันตั้งทฤษฎีเซลล์ ซึ่งมีใจความสรุปได้ว่า "สิ่งมีชีวิตทุกชนิดประกอบไปด้วยเซลล์และผลิตภัณฑ์จากเซลล์"
 พ.ศ. 2382 ยัน เอวังเกลิสตา ปูร์กิเญ (Jan Evangelista Purkyně) นักสัตววิทยาชาวเชโกสโลวาเกีย ศึกษาไข่และตัวอ่อนของสัตว์ชนิดต่าง ๆ พบว่าภายในมีของเหลวใส เหนียว อ่อนนุ่มเป็นวุ้น เรียกว่าโพรโทพลาสซึม

ต่อจากนั้นมีนักวิทยาศาสตร์อีกมากมายทำการศึกษาเกี่ยวกับเซลล์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ประกอบ และได้พัฒนาให้ดียิ่งขึ้น จนกระทั่งปี พ.ศ. 2475 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันคือแอนสท์ รัสกา (Ernst Ruska) และมักซ์ นอลล์ (Max Knoll) ได้เปลี่ยนแปลงกระบวนการของกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้แสงและเลนส์มาใช้ลำอิเล็กตรอน ทำให้เกิดกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนขึ้นในระยะต่อ ๆ มา ปัจจุบันมีกำลังขยายกว่า 5 แสนเท่า

 ชนิดของกล้องจุลทรรศน์ 
กล้องจุลทรรศน์สามารถแบ่งออกเป็นประเภทใหญ่ ๆ ได้ 2 ประเภท คือ กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (optical microscopes) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (electron microscopes) ชนิดที่พบได้มากที่สุด คือชนิดที่ประดิษฐ์ขึ้นเป็นครั้งแรก เรียกว่า กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง เป็นอุปกรณ์ใช้แสงอย่างหนึ่ง มีเลนส์อย่างน้อย 1 ชิ้น เพื่อทำการขยายภาพวัตถุที่วางในระนาบโฟกัสของเลนส์นั้น ๆ

 กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง 
 Light microscope เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่พบอยู่ทั่วไป โดยเวลาส่องดูจะเห็นพื้นหลังเป็นสีขาว และจะเห็นจุลินทรีย์มีสีเข้มกว่า
 Stereo microscope เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่ส่องดูสิ่งมีชีวิตที่ไม่เล็กมาก ส่องดูเป็น 3 มิติ ส่วนใหญ่จะใช้ในการศึกษาแมลง
 Dark field microscope เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่มีพื้นหลังเป็นสีดำ เห็นเชื้อจุลินทรีย์สว่าง เหมาะสำหรับใช้ส่องจุลินทรีย์ที่มีขนาดเล็กที่ติดสียาก
 Phase contrast microscope ใช้สำหรับส่องเชื้อจุลินทรีย์ที่ยังไม่ได้ทำการย้อมสี จะเห็นชัดเจนกว่า Light microscope
 Fluorescence microscope ใช้แหล่งกำเนิดแสงเป็นอัลตราไวโอเลต ส่องดูจุลินทรีย์ที่ย้อมด้วยสารเรืองแสง ซึ่งเมื่อกระทบกับแสง UV จะเปลี่ยนเป็นแสงช่วงที่มองเห็นได้ แล้วแต่ชนิดของสารที่ใช้ พื้นหลังมักมีสีดำ

 กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน 

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (electron microscope) เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่มีกำลังการขยายสูงมาก เพราะใช้ลำแสงอิเล็กตรอนแทนแสงปกติและใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าแทนเลนส์แก้ว เป็นกล้องที่ใช้ในการศึกษาโครงสร้าง และส่วนประกอบของเซลล์ ได้อย่างละเอียด ที่กล้องชนิดอื่นไม่สามารถทำได้ มีกำลังขยาย x1,600 เท่า

 ส่วนประกอบของกล้องจุลทรรศน์ 
 ฐาน (Base) เป็นส่วนที่ใช้วางบนโต๊ะ ทำหน้าที่รับน้ำหนักทั้งหมดของกล้องจุลทรรศน์ มีรูปร่างสี่เหลี่ยม หรือวงกลม ที่ฐานจะมีปุ่มสำหรับปิดเปิดไฟฟ้า
 แขน (Arm) เป็นส่วนเชื่อมตัวลำกล้องกับฐาน ใช้เป็นที่จับเพื่อเคลื่อนย้ายกล้องจุลทรรศน์
 ลำกล้อง (Body tube) เป็นส่วนที่ปลายด้านบนมีเลนส์ตา ส่วนปลายด้านล่างติดกับเลนส์วัตถุ ซึ่งติดกับแผ่นหมุนได้ เพื่อเปลี่ยนเลนส์ขนาดต่าง ๆ ติดอยู่กับจานหมุนที่เรียกว่า Revolving Nosepiece
 ปุ่มปรับภาพหยาบ (Coarse adjustment) ทำหน้าที่ปรับภาพโดยเปลี่ยนระยะโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ (เลื่อนลำกล้องหรือแท่นวางวัตถุขึ้นลง) เพื่อทำให้เห็นภาพชัดเจน
 ปุ่มปรับภาพละเอียด (Fine adjustment) ทำหน้าที่ปรับภาพ ทำให้ได้ภาพที่ชัดเจนมากขึ้น
 เลนส์ใกล้วัตถุ (Objective lens) เป็นเลนส์ที่อยู่ใกล้กับแผ่นสไลด์ หรือวัตถุ ปกติติดกับแป้นวงกลมซึ่งมีประมาณ 3-4 อัน แต่ละอันมีกำลังบอกเอาไว้ เช่น x3.2, x4, x10, x40 และ x100 เป็นต้น ภาพที่เกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุเป็นภาพจริงหัวกลับ
 เลนส์ใกล้ตา (Eye piece) เป็นเลนส์ที่อยู่บนสุดของลำกล้อง โดยทั่วไปมีกำลังขยาย 10x หรือ 15x ทำหน้าที่ขยายภาพที่ได้จากเลนส์ใกล้วัตถุให้มีขนาดใหญ่ขึ้น ทำให้เกิดภาพที่ตาผู้ศึกษาสามารถมองเห็นได้ โดยภาพที่ได้เป็นภาพเสมือนหัวกลับ
 เลนส์รวมแสง (Condenser) ทำหน้าที่รวมแสงให้เข้มขึ้นเพื่อส่งไปยังวัตถุที่ต้องการศึกษา
 กระจกเงา (Mirror) ทำหน้าที่สะท้อนแสงจากธรรมชาติหรือแสงจากหลอดไฟภายในห้องให้ส่องผ่านวัตถุโดยทั่วไปกระจกเงามี 2 ด้าน ด้านหนึ่งเป็นกระจกเงาเว้า อีกด้านเป็นกระจกเงาระนาบ สำหรับกล้องรุ่นใหม่จะใช้หลอดไฟเป็นแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งสะดวกและชัดเจนกว่า
 ไดอะแฟรม (Diaphragm) อยู่ใต้เลนส์รวมแสงทำหน้าที่ปรับปริมาณแสงให้เข้าสู่เลนส์ในปริมาณที่ต้องการ
 แท่นวางวัตถุ (Speciment Stage) เป็นแท่นใช้วางแผ่นสไลด์ที่ต้องการศึกษา
 ที่หนีบสไลด์ (Stage Clip) ใช้หนีบสไลด์ให้ติดอยู่กับแท่นวางวัตถุ ในกล้องรุ่นใหม่จะมี Mechanical stage แทนเพื่อควบคุมการเลื่อนสไลด์ให้สะดวกยิ่งขึ้น
 จานหมุน (Revolving nosepiece)  ใช้หมุนเมื่อต้องการเปลี่ยนกำลังขยายของเลนส์ใกล้วัตถุ

 ระเบียงภาพ 

 อ้างอิง 

 แหล่งข้อมูลอื่น 

 Milestones in Light Microscopy, Nature Publishing
 FAQ on Optical Microscopes (เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 4 เมษายน 2009)
 Nikon MicroscopyU, tutorials from Nikon
 Molecular Expressions : Exploring the World of Optics and Microscopy, Florida State University

หมวดหมู่:ทัศนศาสตร์
หมวดหมู่:อุปกรณ์วิทยาศาสตร์
หมวดหมู่:จุลทรรศนศาสตร์
หมวดหมู่:จุลชีววิทยา
หมวดหมู่:กล้องจุลทรรศน์