Lens Crafters Circa 1590: Uitvinding van de microscoop
Elk belangrijk wetenschapsgebied heeft geprofiteerd van het gebruik van een of andere vorm van microscoop, een uitvinding die teruggaat tot het einde van de 16e eeuw en een bescheiden Nederlandse brillenmaker genaamd Zacharias Janssen. Hoewel de Janssen-microscoop extreem ruw is in beeldkwaliteit en vergroting in vergelijking met moderne versies, was hij toch een baanbrekende vooruitgang in wetenschappelijke instrumentatie.
Janssen was de zoon van een spektakelmaker genaamd Hans Janssen, in Middleburg, Nederland, en terwijl wordt aangenomen dat Zacharias de samengestelde microscoop heeft uitgevonden, vermoeden de meeste historici dat zijn vader een vitale rol moet hebben gespeeld, aangezien Zacharias in de jaren 1590 nog in zijn tienerjaren was. In die tijd begonnen brillen op grote schaal onder de bevolking te worden gebruikt, waarbij veel aandacht werd besteed aan optica en lenzen. In feite noemen sommige historici zowel de Janssens als een Nederlandse collega-brillenmaker, Hans Lippershey, de gelijktijdige, hoewel onafhankelijke, uitvinding van de microscoop.
Zacharias Janssen
Historici kunnen de uitvinding dateren uit het begin van de jaren 1590 dankzij de Nederlandse diplomaat William Boreel, een oude familievriend van de Janssens die een brief schreef aan de Franse koning in de jaren 1650 beschreef de oorsprong van de microscoop. Hij beschreef een apparaat dat verticaal opkwam van een koperen statief van bijna twee en een halve voet lang. De hoofdbuis had een diameter van een centimeter of twee en bevatte een ebbenhouten schijf aan de basis, met een concave lens aan het ene uiteinde en een bolle lens aan het andere; de combinatie van lenzen stelde het instrument in staat om licht te buigen en afbeeldingen te vergroten tussen drie en negen keer de grootte van het originele exemplaar.
Er zijn geen vroege modellen van Janssen-microscopen bewaard gebleven, maar een museum in Middleburg heeft een microscoop die dateert van 1595, met de naam Janssen. Het ontwerp is enigszins anders, bestaande uit drie buizen, waarvan er twee trekbuizen zijn die in de derde kunnen schuiven, die fungeert als een buitenmantel. De microscoop kan in de hand worden gehouden en kan worden scherpgesteld door de trekbuis in of uit te schuiven terwijl u het monster observeert, en is in staat om beelden tot tien keer hun oorspronkelijke grootte te vergroten wanneer deze maximaal is uitgeschoven.
Zo ingenieus als de uitvinding van Janssen was, het zou meer dan een halve eeuw duren voordat het instrument wijdverspreid werd gebruikt onder wetenschappers. De Yorkshire-wetenschapper Henry Power was de eerste die waarnemingen publiceerde die met een microscoop waren gemaakt, en in 1661 gebruikte Marcello Malphigi een microscoop om doorslaggevend bewijs te leveren ter ondersteuning van Harvey’s theorie van de bloedcirculatie toen hij de capillaire vaten in de longen van een kikker ontdekte .
Micrografie-auteur Robert Hooke was een van de eersten die significante verbeteringen aanbracht in het basisontwerp, hoewel hij vertrouwde op de Londense instrumentmaker Christopher Cock om de instrumenten daadwerkelijk te bouwen. Hooke’s microscoop had gemeenschappelijke kenmerken met vroege telescopen : een oogschelp om de juiste afstand tussen het oog en het oculair te behouden, aparte trekbuizen om scherp te stellen en een kogelgewricht om het lichaam te kantelen. Voor de optiek gebruikte Hooke een bi-convexe objectieflens die in de snuit was geplaatst, gecombineerd met een oculairlens en een buis- of veldlens. Helaas zorgde de combinatie ervoor dat de lenzen last hadden van significante chromatische en sferische aberratie, wat zeer slechte beelden opleverde. Hij probeerde de aberraties te corrigeren door een klein diafragma in de optische baan te plaatsen om perifere lichtstralen te verminderen en het beeld te verscherpen, maar dit resulteerde alleen in zeer donkere monsters. Dus liet hij licht van een olielamp door een glas gevuld met water om het licht te verspreiden en zijn exemplaren te verlichten. Maar de beelden bleven wazig.
Het was aan een Nederlandse wetenschapper, Anton van Leeuwenhoek, om verdere verbeteringen aan te brengen. Van Leeuwenhoek wordt soms in de volksmond gecrediteerd voor de uitvinding van de microscoop. Hij was niet de uitvinder, maar hij was een groot bewonderaar van de Micrografie, en zijn instrumenten waren de beste van zijn tijd wat betreft vergroting: hij bereikte een vergrotingsvermogen tot 270 keer groter dan de werkelijke grootte van het monster, met behulp van een enkele lens. Hij gebruikte zijn microscopen om bacteriën te beschrijven die waren geoogst uit tandafkrabsels, en om protozoa te bestuderen die in vijverwater werden aangetroffen.
Aan het begin van de 18e eeuw hadden Britse instrumentontwerpers verbeterde versies geïntroduceerd van de statiefmicroscoop, uitgevonden door Edmund Culpeper. Andere verbeteringen waren onder meer geavanceerde focusmechanismen, hoewel het lensontwerp ruw bleef en de meeste instrumenten werden geplaagd door wazige beelden en optische aberraties. In de eerste helft van de 19e eeuw werden dramatische verbeteringen in de optica aangebracht dankzij geavanceerde glasformuleringen en de ontwikkeling van achromatische objectieflenzen.Dit laatste had de sferische aberratie in de lens aanzienlijk verminderd, waardoor deze vrij was van kleurvervormingen.
In de 20e eeuw werden instrumenten geïntroduceerd waarmee het beeld scherp kon blijven wanneer de microscopist de vergroting veranderde. Dankzij de sterk verbeterde resolutie, contrastverbeterende technieken, fluorescerende labels, digitale beeldvorming en talloze andere innovaties heeft microscopie een revolutie teweeggebracht in uiteenlopende gebieden als scheikunde, natuurkunde, materiaalkunde, micro-elektronica en biologie.
Het is mogelijk om real-time fluorescentiemicroscopie uit te voeren van levende cellen in hun natuurlijke omgeving, terwijl Intel en Mattel in 1999 samenwerkten aan de productie van de Intel Play QX3 computermicroscoop van $ 100 (sindsdien stopgezet), waardoor het instrument op de consumentenmarkt kwam. En in de geest van de vroege pioniers van microscopisch onderzoek, hebben wetenschappers van de Florida State University de cirkel rond gemaakt, door hun geavanceerde instrumenten te richten op alledaagse voorwerpen zoals dat Amerikaanse hoofdgerecht, hamburgers en frietjes, met details over dunne plakjes tarwekorrel, uienweefsel, zetmeelkorrels in aardappelweefsel en gekristalliseerde kaaseiwitten.