marzo 2004 (volume 13, numero 3)

Lens Artigiani Circa 1590: invenzione del microscopio

Tutti i principali campi della scienza hanno beneficiato dell’uso di una qualche forma di microscopio, un’invenzione che risale alla fine del XVI secolo e un modesto produttore di occhiali olandese chiamato Zacharias Janssen. Sebbene estremamente approssimativo in termini di qualità dell’immagine e ingrandimento rispetto alle versioni moderne, il microscopio Janssen è stato comunque un progresso fondamentale nella strumentazione scientifica.

Janssen era il figlio di un produttore di occhiali di nome Hans Janssen, a Middleburg, in Olanda, e mentre a Zaccaria è attribuito il merito di aver inventato il microscopio composto, la maggior parte degli storici ipotizza che suo padre debba aver svolto un ruolo vitale, poiché Zaccaria era ancora adolescente negli anni novanta del Cinquecento. A quel tempo, gli occhiali cominciavano ad essere ampiamente utilizzati tra la popolazione, concentrando una grande attenzione su ottiche e lenti. In effetti, alcuni storici attribuiscono sia a Janssens che a un collega produttore di occhiali olandese, Hans Lippershey, l’invenzione simultanea, sebbene indipendente, del microscopio.


Zacharias Janssen

Gli storici sono in grado di datare l’invenzione all’inizio degli anni ’90 grazie al diplomatico olandese William Boreel, un amico di famiglia di lunga data dei Janssen che scrisse una lettera a il re francese nel 1650 che dettaglia le origini del microscopio. Ha descritto un dispositivo che si alzava verticalmente da un treppiede in ottone lungo quasi due piedi e mezzo. Il tubo principale aveva un diametro di uno o due pollici e conteneva un disco di ebano alla sua base, con una lente concava a un’estremità e una lente convessa all’altra; la combinazione di lenti ha permesso allo strumento di piegare la luce e ingrandire le immagini da tre a nove volte le dimensioni del campione originale.

Nessun modello iniziale di microscopi Janssen è sopravvissuto, ma un museo di Middleburg ha un microscopio datato 1595, recante il nome Janssen. Il design è un po ‘diverso, costituito da tre tubi, due dei quali sono tubi di traino che possono scorrere nel terzo, che funge da rivestimento esterno. Il microscopio è portatile e può essere messo a fuoco facendo scorrere il tirante dentro o fuori durante l’osservazione del campione ed è in grado di ingrandire le immagini fino a dieci volte la loro dimensione originale quando estese al massimo.

Geniale quanto l’invenzione di Janssen era, sarebbe passato più di mezzo secolo prima che lo strumento trovasse un uso diffuso tra gli scienziati. Lo scienziato dello Yorkshire Henry Power fu il primo a pubblicare osservazioni fatte con un microscopio, e nel 1661 Marcello Malphigi usò un microscopio per fornire prove convincenti a sostegno della teoria di Harvey sulla circolazione sanguigna quando scoprì i vasi capillari nei polmoni di una rana .

L’autore di Micrographia Robert Hooke fu tra i primi ad apportare miglioramenti significativi al design di base, sebbene si affidasse al costruttore di strumenti londinese Christopher Cock per costruire gli strumenti. Il microscopio di Hooke condivideva caratteristiche comuni con i primi telescopi : un oculare per mantenere la distanza corretta tra l’occhio e l’oculare, tiranti separati per la messa a fuoco e un giunto sferico per inclinare il corpo. Per l’ottica, Hooke ha utilizzato una lente obiettivo bi-convessa posta nel muso, combinata con una lente per oculare e una lente tubolare o di campo. Sfortunatamente, la combinazione ha causato alle lenti una significativa aberrazione cromatica e sferica, producendo immagini molto scadenti. Ha tentato di correggere le aberrazioni inserendo un piccolo diaframma nel percorso ottico per ridurre i raggi di luce periferici e rendere più nitida l’immagine, ma questo ha prodotto solo campioni molto scuri. Così ha fatto passare la luce generata da una lampada a olio attraverso un bicchiere pieno d’acqua per diffondere la luce e illuminare i suoi esemplari. Ma le immagini sono rimaste sfocate.

È toccato a uno scienziato olandese, Anton van Leeuwenhoek, apportare ulteriori miglioramenti. Van Leeuwenhoek è talvolta comunemente considerato l’invenzione del microscopio. Non era l’inventore, ma era un grande ammiratore della Micrographia, ei suoi strumenti erano i migliori della sua epoca in termini di ingrandimento: ottenne una potenza di ingrandimento fino a 270 volte più grande della dimensione effettiva del campione, utilizzando una singola lente. Ha usato i suoi microscopi per descrivere i batteri raccolti dai denti raschiati e per studiare i protozoi trovati nell’acqua dello stagno.

All’alba del XVIII secolo, i progettisti di strumenti britannici avevano introdotto versioni migliorate del microscopio a treppiede inventato da Edmund Culpeper. Altri miglioramenti includevano meccanismi di messa a fuoco avanzati, sebbene il design dell’obiettivo rimanesse approssimativo e la maggior parte degli strumenti continuasse a essere afflitta da immagini sfocate e aberrazioni ottiche. Nella prima metà del 19 ° secolo, furono apportati notevoli miglioramenti nell’ottica, grazie a formulazioni di vetro avanzate e allo sviluppo di lenti per obiettivi acromatiche.Quest’ultimo aveva ridotto in modo significativo l’aberrazione sferica nell’obiettivo, rendendolo privo di distorsioni di colore.

Il 20 ° secolo ha portato l’introduzione di strumenti che consentono all’immagine di rimanere a fuoco quando il microscopista ha cambiato l’ingrandimento. Grazie a una risoluzione notevolmente migliorata, tecniche di miglioramento del contrasto, etichettatura fluorescente, imaging digitale e innumerevoli altre innovazioni, la microscopia ha rivoluzionato campi così diversi come la chimica, la fisica, la scienza dei materiali, la microelettronica e la biologia.

Oggi, è possibile eseguire la microscopia a fluorescenza in tempo reale delle cellule viventi nel loro ambiente naturale, mentre nel 1999 Intel e Mattel hanno collaborato alla produzione del microscopio per computer Intel Play QX3 da $ 100 (da allora fuori produzione), portando lo strumento nel mercato consumer. E nello spirito dei primi pionieri della ricerca microscopica, gli scienziati della Florida State University hanno portato il campo al punto di partenza, trasformando i loro strumenti avanzati su oggetti di uso quotidiano comuni come quella graffetta americana, hamburger e patatine fritte, descrivendo in dettaglio sezioni sottili di chicchi di grano, tessuto di cipolla, granuli di amido in tessuto di patate e proteine del formaggio cristallizzate.

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