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顕微鏡的スケール（古代ギリシャ語の μικρός ( mikrós ) 「小さい」とσκοπέω ( skopéō ) 「見る、調べる」に由来）は、肉眼で容易に見ることができるものよりも小さい物体や出来事のスケールであり、それらをはっきりと見るにはレンズや顕微鏡が必要である。[1]物理学では、顕微鏡的スケールは、巨視的スケールと量子スケールの間のスケールと見なされることがある。[2] [3]顕微鏡的単位と測定単位は、非常に小さな物体を分類および記述するために使用される。顕微鏡的長さスケールの一般的な単位の1つは、マイクロメートル（ミクロンとも呼ばれる）（記号：μm）で、これは1メートルの100万分の1である。
歴史
複合顕微鏡は1590年代に初めて開発されましたが、顕微鏡レベルの重要性が真に確立されたのは、マルチェロ・マルフィージとアントニー・ファン・レーウェンフックがカエルの肺や微生物を顕微鏡で観察した1600年代になってからでした。微生物学が確立されるにつれて、顕微鏡レベルで科学的観察を行うことの重要性が高まりました。[4]
1665年に出版されたロバート・フックの著書『ミクログラフィア』には、複合顕微鏡の開発によって可能になった昆虫、海綿動物、植物の化石を含む顕微鏡観察の詳細が記されている。コルクの研究中に、彼は植物細胞を発見し、「細胞」という用語を作った。[5]
マイクロ接頭辞が使用される以前には、1795年に国際メートル法に、 10^-2の係数を表すセンチや10^-3の係数を表すミリなどの用語が組み込まれていました。 [6]
時が経つにつれ、顕微鏡レベルでの測定の重要性が高まり、1844年に時計製造会社のオーナーであるアントワーヌ・ルクルトによってミリオノメーターと呼ばれる計測器が開発されました。この計測器は、物体をマイクロメートル単位で正確に測定する能力を持っていました。[6]
英国科学振興協会委員会は1873年に新たに確立されたCGSシステムにマイクロ接頭辞を組み込んだ。[6]
1960年に、 SI単位系に「マイクロ」という接頭辞が追加され、10^-6というさらに小さなレベルで行われた測定を認めるようになりました。[6]
生物学
慣例により、顕微鏡的スケールには、通常は小さすぎて見えないが、一部は肉眼で観察できるほどの大きさの物体のクラスも含まれます。そのようなグループには、枝角類、ボルボックスが容易に観察できるプランクトン性緑藻類、ラッパムシが補助なしで簡単に見える原生動物などが含まれます。同様に、超顕微鏡的スケールには、光学顕微鏡では小さすぎて見えない物体が含まれます。[2]
熱力学
熱力学と統計力学において、ミクロスケールとは、熱力学系の正確な状態を測定または直接観察しないスケールであり、システムのこのような詳細な状態はミクロ状態と呼ばれます。代わりに、熱力学変数はマクロスケール、つまりマクロ状態で測定されます。[要出典]
顕微鏡レベルのレベル
顕微鏡的スケールは肉眼では見えないが顕微鏡で見えるあらゆる物体をカバーしており、このスケールに該当する物体の範囲は透過型電子顕微鏡で見える原子ほど小さいものになる可能性がある。[8]顕微鏡の種類は、そのメカニズムと用途によって区別されることが多く、2つの一般的なカテゴリに分けることができる。[9]
光学顕微鏡
光学顕微鏡では、使用される対物レンズによって、どれだけ小さな物体が見えるかが決まります。対物レンズを変えると顕微鏡の分解能が変わり、顕微鏡レンズを通して2つの別々の物体を区別できる最短距離が決まります。2つの物体間の分解能は個人によって異なることに注意することが重要ですが[9]、対物レンズの強度は定量化できます。[11]
1660年代、アントニー・ファン・レーウェンフックは、 2枚の薄い真鍮板の間に1枚の球面レンズを取り付けた簡単な顕微鏡を考案した。レンズの品質に応じて、70倍から250倍の倍率が可能だった。検査する標本は、細いネジの付いた棒の先端に取り付けられた。[12] [13]
複合光学顕微鏡には、焦点距離の短い対物レンズがあり、より長い焦点距離の接眼レンズを使用して検査される実像 を生成します。標準のチューブ長に取り付けられた場合、対物レンズと接眼レンズの焦点距離の比率は、システムのおおよその倍率を示します。その設計により、複合顕微鏡は単純な顕微鏡と比較して分解能とコントラストが向上しており、[11] 0.1マイクロメートルほどの小さな細胞とその生物の構造、形状、運動を観察するために使用できます。 [14]
電子顕微鏡
電子顕微鏡は複合顕微鏡の一種ですが、電子ビームを使用して物体を照射する仕組みが複合光学顕微鏡とは大きく異なり、光学顕微鏡よりも分解能が高く、倍率も約10,000倍になります。[14]電子顕微鏡は、 0.001マイクロメートルほどの小さな原子などの物体を観察するのに使用できます。 [1]
用途
法医学
法医学的調査では、犯罪現場の血液、指紋、繊維などの痕跡を顕微鏡で詳しく調べ、痕跡の年代を判定することもできます。他の標本とともに、生物学的痕跡は、血液中の細胞に至るまで、現場にいた個人を正確に特定するために使用できます。[16]
宝石学
宝石の金銭的価値を決定するには、宝石学のさまざまな専門家が宝石の微視的な物理的および光学的特性を体系的に観察する必要があります。[17]これには、実体顕微鏡を使用してこれらの特性を評価し、最終的に個々の宝石または宝石の価値を決定することが含まれます。[18]これは、金やその他の金属の評価でも同様に行うことができます。[17]
インフラストラクチャー
道路材料を評価する際、インフラの微細構造は、道路の寿命と安全性、そしてさまざまな場所のさまざまな要件を決定する上で非常に重要です。透水性、構造安定性、耐熱性などの化学的特性は、舗装混合物に使用されるさまざまな材料の性能に影響を与えるため、その地域の交通、天候、供給、予算に応じて道路を建設する際には考慮されます。[19]
薬
医学では、癌細胞などの患者の生検を顕微鏡で観察することで診断を下すことができます。病理学および細胞学レポートには、顕微鏡、組織化学染色、またはフローサイトメトリーを使用して行われた分析からなる顕微鏡的記述が含まれます。これらの方法により、病変組織の構造と病気の重症度を判定することができ、病気の顕微鏡的兆候を特定することで早期発見が可能になります。[21]
実験室での顕微鏡スケール
科学分野では顕微鏡的スケールの使用が多くの役割と目的を持っているが、顕微鏡的に観察される生化学的パターンは数多くあり、人間の生命が機能し生きるために顕微鏡的構造にどのように依存しているかを理解する上で大きく貢献している。[要出典]
創設実験
アントニー・ファン・レーウェンフックは顕微鏡の発明に貢献しただけでなく、「微生物学の父」とも呼ばれています。これは、細菌や精子などの単細胞生物、および筋繊維や毛細血管などの微細な人体組織の初期の観察と記録に大きく貢献したためです。[22]
生化学
ヒト細胞
微視的原理によるエネルギー調節ミトコンドリアの遺伝子操作は生物の寿命を延ばすことも分かっており、パーキンソン病、アルツハイマー病、多発性硬化症など、人間の加齢に伴う問題に対処している。ミトコンドリアによって生成されるエネルギー産物の量を増やすことで、その細胞、ひいては生物の寿命が延びる。[23]
DNA
DNA ヘテロクロマチン セントロメア内の点の空間分布の顕微鏡的分析は、細胞有糸分裂の間期にある核における染色体のセントロメア領域の役割を強調しています。このような顕微鏡的観察は、有糸分裂中のセントロメアの非ランダムな分布と正確な構造が、癌細胞であっても正常な細胞機能と成長に不可欠な要素であることを示唆しています。[24]
化学と物理学
宇宙のエントロピーと無秩序は、熱力学の第二法則と第三法則を参考にして、微視的スケールで観察することができます。場合によっては、膨張するガス分子の容器内のエントロピー変化を計算し、それを周囲の環境と宇宙のエントロピー変化に関連付けることもあります。[26]
エコロジー
生態学者は、環境内の微細な特徴を特定することで、生態系の状態を長期にわたって監視します。これには、繊毛虫などの微生物の温度やCO2耐性、および他の原生動物との相互作用が含まれます。さらに、動きや運動性などの微細な要因は、その生態系の水サンプルで観察できます。[27]
地質学
地質学の分野には、地球の構造を微視的レベルで研究することが含まれます。岩石の物理的特性が記録され、岩石学では特に岩石の微視的詳細の検査に重点が置かれています。走査型電子顕微鏡と同様に、電子マイクロプローブは岩石学で岩石が形成される条件を観察するために使用され、これらのサンプルの起源を知ることができます。構造地質学では、岩石顕微鏡を使用して岩石の微細構造を研究し、地殻プレートなどの地質学的特徴が地震や地下水の動きの可能性にどのように影響するかを判断します。 [28]
現在の研究
顕微鏡技術の進歩と、顕微鏡技術の結果としての他の知識分野での発見の両方がありました。[30]
アルツハイマー病とパーキンソン病
蛍光標識と組み合わせることで、新しい光学顕微鏡技術を通じて、個々のアミロイドタンパク質の分子の詳細と、アルツハイマー病やパーキンソン病との関係を研究することができます。[31]
原子間力顕微鏡
光学顕微鏡のその他の改良点としては、波長以下のナノサイズの物体を観察できるようになったことが挙げられる。[32]原子間力顕微鏡によるナノスケール画像化も改良され、細胞膜などの少量の複雑な物体をより正確に観察できるようになった。[33]
再生可能エネルギー
化学システムで発見された一貫した微細パターンは、エントロピー環境に対する特定の物質の耐性に関する考えを裏付けています。この研究は、太陽燃料の生産や再生可能エネルギーの改善に役立てられています。 [35]
微小な楽器 - マイクロニウム
マイクロニウムと呼ばれる微小な楽器もマイクロメカニクスによって開発されており、人間の髪の毛ほどの太さのバネを微小な櫛歯で引き抜くことで構成されている。これは人間の耳に聞こえる音を生み出す非常に小さな動きであり、これまでの微小な楽器の試みでは実現できなかったことである。[36]
参照
参考文献
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システムがおおよそ原子サイズかそれ以下（たとえば 10
Å
程度以下）である場合、そのシステムを
「
微視的
」（つまり
「
小規模
」）と呼ぶことにします
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