微視的スケール（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となる。[1]物理学では、微視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]微視的単位と測定単位は、非常に小さい物体を分類および記述するために使用される。一般的な微視的長さスケールの単位の 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、顕微鏡的スケー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、顕微鏡レベルでの科学的観察の重要性は高まりました。[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』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、植物の化石を含む彼の顕微鏡観察を詳細に記述しています。コルクの研究中に、彼は植物細胞を発見し、「細胞」という用語を造り出しました。[5]

マイクロ接頭辞が使用される以前には、1795年に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国際メートル法に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機器が開発されました。この機器は、物体をマイクロメートル単位ま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年に新しく設立されたCGSシステムにマイクロ接頭辞を組み込んだ。[6]

マイクロ接頭辞は1960年にSI単位系にようやく追加され、 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ものとなった。[6]

生物学

慣例的に、顕微鏡的スケールには、通常は目に見えないほど小さいが、肉眼で観察できるほど大きい物体も含まれます。このようなグループには、枝分かれ目（ミクロノスズクサ）、ボルボックスのように容易に観察できるプランクトン性緑藻類、そしてラッパムシのように補助なしで容易に観察でき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、光学顕微鏡では見えないほど小さ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できないスケールである。このような詳細な状態はミクロ状態と呼ばれる。代わりに、熱力学変数はマクロスケール、すなわちマクロ状態において測定される。[要出典]

微視的スケールのレベル

光学顕微鏡で撮影した、ワラバー島トレス海峡のケイ諸島有孔虫砂。顕微鏡を通して、個々の粒子の形状と質感が観察できる。[7]

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ことがあります。[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ます。[9]

この砂粒に残った衝撃痕や特徴は電子顕微鏡ではっきりと観察できる。[10]

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、観察できる物体の大きさが決まります。対物レンズの種類によって顕微鏡の分解能が変わり、顕微鏡のレンズを通して2つの物体を識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体差があることに注意することが重要です[9]が、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枚の球面レンズを挟んだ簡素な顕微鏡を考案しました。レンズの品質に応じて、70倍から250倍の倍率が可能でした。検査対象の標本は、細いネジ山の付いた棒の先端に固定されていました。[12] [13]

複合光学顕微鏡は、焦点距離の短い対物レンズを備え、実像を生成します 。この実像は、焦点距離の長い接眼レンズで観察されます。対物レンズと接眼レンズの焦点距離の比は、標準鏡筒長に取り付けた場合、システムのおおよその倍率となります。その設計により、複合顕微鏡は単純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マイクロメートル程度の微小な細胞や生物の構造、形状、運動を観察することができます。 [14] [15]

電子顕微鏡

電子顕微鏡は複合顕微鏡の一種ですが、電子ビームを用い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、光学顕微鏡よりもはるかに高い分解能と約10,000倍の倍率を実現しています。[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

カバーガラスの下に保存された毛片が入ったスライド。これらのサンプルは、動物鑑識調査の一環として、顕微鏡で状態を分析され、その後DNA分析が行われた。

法医学

法医学捜査では、犯罪現場から採取された血液、指紋、繊維などの痕跡を顕微鏡で詳細に調べ、痕跡の年代を特定することさえ可能です。他の標本と併せて、生物学的痕跡は、血液中の細胞に至るまで、現場にいた人物を正確に特定するために用いられます。[16]

宝石学

宝石の金銭的価値を決定するには、宝石学の様々な専門分野で、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原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において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には、インフラの微細構造が道路の寿命と安全性、そして様々な場所における様々な要件を決定する上で極めて重要です。透水性、構造安定性、耐熱性といった化学的特性は、舗装混合物に使用される様々な材料の性能に影響を与えるため、道路建設においては、その地域の交通量、気象、供給、予算に応じてこれらの特性が考慮に入れられます。[19]

薬

これらの卵巣クルケンベルク腫瘍から標本を切片化し、顕微鏡下で組織病理学的所見を観察することができます。顕微鏡は、様々な倍率で、線維形成性間質を伴う印環細胞の浸潤性増殖を拡大観察することができます。[20]

医学においては、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行うことができます。病理学および細胞診報告書には、顕微鏡、組織化学染色、またはフローサイトメトリーを用い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、病変組織の構造と疾患の重症度を特定することができ、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]

実験室での顕微鏡的スケール

科学分野では、微視的スケールの使用は多くの役割と目的を持っていますが、微視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微視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ます。[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、細菌や精子といった単細胞生物、そして筋繊維や毛細血管といった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

エネルギー調節を担うミトコンドリアを微視的原理に基づいて遺伝子操作することで、生物の寿命を延ばすことも明らかになっており、パーキンソン病、アルツハイマー病、多発性硬化症といった加齢に伴うヒトの問題への対処に役立っています。ミトコンドリアによるエネルギー産生量の増加は、細胞、ひいては生物の寿命を延ばすことになります。[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を顕微鏡的に解析することで、細胞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が強調される。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精密な構造が、癌細胞においても細胞の正常な機能と成長に不可欠な要素であることを示唆している。[24]

化学と物理学

走査型電子顕微鏡で撮影したアルナガー・カルク（「アルナガー石灰岩」）の顕微鏡写真。デンマーク、ボーンホルム島の上部白亜系産。未確認の自生鉱物の柱状結晶と球状集合体の顕微鏡写真。[25]

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照することで、ミクロなスケールで観察することができます。場合によっては、膨張する気体分子の容器内のエントロピー変化を計算し、それを周囲の環境や宇宙のエントロピー変化と関連付けることも含まれます。[26]

生態学

生態学者は、環境内の微細な特徴を特定することで、生態系の状態を経時的にモニタリングします。これには、繊毛虫などの微生物の温度やCO2耐性、そして他の原生動物との相互作用が含まれます。さらに、生態系の水サンプルでは、​​動きや運動性といった微細な要因を観察することができます。[27]

地質学

地質学の分野は、地球の構造を微視的レベルで研究するものです。岩石の物理的特性は記録され、岩石学では特に岩石の微視的詳細の調査に重点が置かれています。走査型電子顕微鏡と同様に、電子顕微鏡プローブは岩石学において岩石の形成条件を観察するために使用され、これによりサンプルの起源を明らかにすることができます。構造地質学では、岩石顕微鏡を用いて岩石の微細構造を研究し、プレートテクトニクスなどの地質学的特徴が地震や地下水の動きにどのように影響するかを解明することができます。[28]

現在の研究

脳アミロイド血管症の低倍率顕微鏡像。大脳皮質に茶色に染まった老人斑が見られ、アルツハイマー病の特徴である。[29]

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連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イメージングも改良され、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]

同じスライドを非常に高倍率で顕微鏡で見たもので、アルツハイマー病の症状の一因となる老人斑中のアミロイドβによる茶色の染色を拡大して示している。[34]

再生可能エネルギー

化学系において発見された一貫した微視的パターンは、特定の物質がエントロピー環境に対して耐性を持つという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つ情報を提供するために活用されています。[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ました。これは、人間の髪の毛ほどの太さのバネを微小な櫛歯状の駆動装置で引き抜くことで構成されています。これは非常に微小な動きで、人間の耳に聞こえる音を生み出します。これは、これまでの微小な楽器を用いた試みでは実現できませんでした。[36]

参照

参考文献

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