Historie

Jeden z prvních přístrojů pro pozorování velmi malých objektů sestrojil v 17. století Holanďan Anthoni van Leeuwenhoek. Jeho mikroskop se skládal ze silné konvexní (vypuklé) čočky a nastavitelného držáku.

S těmito pozoruhodně jednoduchými mikroskopy dosahoval 270-500 násobného zvětšení a mohl tak jako první pozorovat vodní mikroorganismy, spermie, červené krvinky a další živé i neživé objekty, které byly lidem do té doby skryty. Limitem jeho mikroskopů bylo použití jenom jedné čočky. Přidáním dalších čoček vzniká optická soustava schopná mnohem vyššího zvětšení. Rozlišení výsledného obrazu je však dáno primárně jednou čočkou, objektivem. Soustava objektivu a dalších čoček je potom základem všech moderních mikroskopů.

Důležitým milníkem pro vznik elektronového mikroskopu bylo objevení a popsání elektronu, o které se zasloužil Joseph John Thomson v roce 1897. Thomson prováděl pokusy s katodovou trubicí, ve které částice emitované ze žhaveného vlákna procházely elektrickým a magnetickým polem a byly těmito poli vychylovány. Thomson z výchylky určil, že částice dopadající na stínítko mají hmotnost asi 1000x menší než atom vodíku. Z tohoto a dalších navazujících experimentů usoudil, že se jedná o částice vyskytující se uvnitř atomů.

Dalším důležitým krokem na cestě k elektronovému mikroskopu byla hypotéza, kterou v roce 1925 publikoval Louis de Broglie, a sice že pohybující se elektrony mají vlnový charakter – stejně jako světlo. To v roce 1927 potvrdili nezávisle na sobě Clinton Joseph Davisson s Lesterem Germerem a George Paget Thomson (syn objevitele elektronu) elektronovou difrakcí, která jasně demonstrovala vlnovou povahu elektronů.

Pro vznik elektronového mikroskopu byla dále nezbytná také práce Hanse Busche, který v roce 1926 zjistil a matematicky popsal, že elektrické a magnetické pole může ovlivňovat svazek elektronů stejně jako světlo ovlivňují čočky.

První transmisní elektronový mikroskop vznikl v roce 1931 na Vysoké škole technické v Berlíně v kolektivu vedeném Ernstem Ruskou a Maxem Knollem. Ruska za jeho sestrojení získal – až v roce 1986 – Nobelovu cenu za fyziku. Tento elektronový mikroskop se skládal ze dvou magnetických čoček, ke kterým byla později přidána ještě třetí. Se zvětšením 17,4x nešlo ještě o přístroj pro praktické užití, ale pouze o demonstraci proveditelnosti. Postupným vývojem však došlo k výraznému vylepšení vlastností tohoto mikroskopu a v roce 1939 představili Ruska a Knoll ve spolupráci se společností Siemens první komerční transmisní elektronový mikroskop. Se zvětšením 30 000x a rozlišením kolem 10 nm (přibližně 20x lepším než tehdejší nejlepší optické mikroskopy) šlo o obrovský skok kupředu v oblasti zobrazování mikroskopických objektů. Tímto přístrojem bylo například možné poprvé přímo pozorovat viry nebo drobné nedokonalosti v kovech a jejich slitinách.

Vývoj skenovacího elektronového mikroskopu byl složitější a pomalejší. V roce 1937 německý fyzik Manfred von Ardenne popsal teoreticky i prakticky princip tvorby obrazu v elektronovém mikroskopu pomocí postupného skenování a sestrojil jeho první demonstrační prototyp. Kvůli nestabilitě tehdejší elektroniky však přístroj nedokázal pokořit hranici rozlišení 50 nm, přičemž tehdejší prozařovací mikroskopy dosahovaly 5x lepšího rozlišení. Další vývoj se proto odehrával spíše v malých skupinkách rozesetých po světě. Významně k němu přispěla americká skupina Vladimira Zworikyna. První komerční skenovací mikroskop s rozlišením 50 nm začala vyrábět až v roce 1965 anglická firma Cambridge Instruments. Během následujících 10 let se rozlišení těchto přístrojů zlepšilo na 5 nm.