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他经由手工自制的显微镜，首先观察并描述单细胞生物，他当时将这些生物称为“animalcules”。此外，他也是最早纪录观察肌纤维、细菌、精虫、微血管中血流的科学家。列文虎克观察自己的精液，在显微镜观察下从中发现精细胞，他自认这是他生涯中的重大发现，并观察两栖类、软体动物、鸟类、鱼类与哺乳动物的精细胞，获致一个新的结论，受精就是在精细胞穿进卵中而发生的。

在他的一生当中磨制了超过500个镜片，并制造了400种以上的显微镜，其中有9种至今仍有人使用。

列文虎克死亡后，因无人追随其研究，微生物学进入黑暗时期。对微生物学兴趣降低原因：

缺少学习微生物的技术；

光学显微镜是一种利用光学透镜产生影像放大效应的显微镜。

由物体入射的光被至少两个光学系统（物镜和目镜）放大。首先物镜产生一个被放大实像，人眼通过作用相当于放大镜的目镜观察这个已经被放大了的实像。一般的光学显微镜有多个可以替换的物镜，这样观察者可以按需要更换放大倍数。这些物镜一般被安置在一个可以转动的物镜盘上，转动物镜盘就可以使不同的物镜方便地进入光路，物镜盘的英文是Nosepiece，又译作鼻轮。

光学显微镜依其聚光镜(condenser)和物镜(Objective)的设计，可用来观察不同的样品。明视野(Brightfield)用来观察薄的染色生物组织样品，暗视野(Darkfield)功能的视野下，背景为黑色，能突显样品的细微面貌，观察未染色样品时，如活细胞，可利用相位差(Phase)功能。另外还有微分干涉差(differential interference contrast，DIC)功能，都常搭配在光学显微镜上。

依光源的不同，还有萤光显微镜、共聚焦显微镜等类别。2014年10月8日，诺贝尔化学奖颁给了艾力克·贝齐格(Eric Betzig)，W·E·莫尔纳尔(William Moerner)和斯特凡·W·赫尔(Stefan Hell)，奖励其发展超分辨荧光显微镜(Super-Resolved Fluorescence Microscopy)，这将带来光学显微镜进入纳米级尺度中。 [1]

微生物学是研究微生物的一门学科。微生物包括病毒、原核生物和简单的真核生物。目前，微生物学的最主要工作是用生物化学和遗传学方法完成的。由于很多病原（像是造成植物病害的四大病原：病毒、真菌、线虫、细菌）都可以算是广义的微生物，微生物学也和病理学、免疫学和流行病学密切相关。微生物学家对生物学和医学做出过基础性贡献，尤其在生物化学、遗传学和细胞生物学领域。