Geschiedenis van de microscoop

Tijdens die historische periode die bekend staat als de Renaissance, na de 'donkere' middeleeuwen, vonden er de uitvindingen van drukwerk, buskruit en het kompas van de zeeman plaats, gevolgd door de ontdekking van Amerika. Even opmerkelijk was de uitvinding van de lichtmicroscoop: een instrument waarmee het menselijk oog door middel van een lens of combinaties van lenzen vergrote beelden van kleine voorwerpen kan waarnemen. Het maakte de fascinerende details van werelden in werelden zichtbaar.

Uitvinding van glazen lenzen

Lang daarvoor, in het wazige niet-geregistreerde verleden, pakte iemand een stuk transparant kristal in het midden dikker dan aan de randen, keek erdoorheen en ontdekte dat het de dingen groter deed lijken. Iemand ontdekte ook dat zo'n kristal de zonnestralen zou focussen en een stuk perkament of doek in brand zou steken. Vergrootglazen en "brandende glazen" of "vergrootglazen" worden genoemd in de geschriften van Seneca en Plinius de Oude, Romeinse filosofen in de eerste eeuw na Christus, maar blijkbaar werden ze niet veel gebruikt tot de uitvinding van een bril, tegen het einde van de 13e eeuw. Ze werden lenzen genoemd omdat ze de vorm hebben van de zaden van een linze.

De vroegste eenvoudige microscoop was slechts een buis met een plaat voor het object aan het ene uiteinde en aan de andere kant een lens die een vergroting gaf van minder dan tien diameters - tien keer de werkelijke grootte. Deze opgewonden algemene verwondering wanneer ze werden gebruikt om vlooien of kleine kruipende dingen te bekijken en zo werden ze "vlooienglazen" genoemd.

Geboorte van de lichtmicroscoop

Omstreeks 1590 ontdekten twee Nederlandse brilmakers, Zaccharias Janssen en zijn zoon Hans, terwijl ze experimenteerden met verschillende lenzen in een buis, dat nabijgelegen objecten sterk vergroot leken. Dat was de voorloper van de samengestelde microscoop en van de telescoop. In 1609 hoorde Galileo, vader van de moderne fysica en astronomie, van deze vroege experimenten, werkte hij de principes van lenzen uit en maakte hij een veel beter instrument met een focusseerapparaat.

Anton van Leeuwenhoek (1632-1723)

De vader van microscopie, Anton van Leeuwenhoek, begon als leerling in een droogwarenwinkel waar vergrootglazen werden gebruikt om de draden in stof te tellen. Hij leerde zichzelf nieuwe methoden voor het slijpen en polijsten van kleine lenzen met een grote kromming die vergrotingen tot 270 diameters opleverden, de beste die op dat moment bekend was. Deze leidden tot de bouw van zijn microscopen en de biologische ontdekkingen waarvoor hij beroemd is. Hij was de eerste die bacteriën, gistplanten, het krioelende leven in een druppel water en de circulatie van bloedlichaampjes in haarvaten zag en beschreef. Tijdens een lang leven gebruikte hij zijn lenzen om pioniersstudies te maken over een buitengewone verscheidenheid aan dingen, zowel levende als niet-levende, en rapporteerde zijn bevindingen in meer dan honderd brieven aan de Royal Society of England en de Franse Academie.

Robert Hooke

Robert Hooke, de Engelse vader van microscopie, bevestigde de ontdekkingen van Anton van Leeuwenhoek over het bestaan ​​van kleine levende organismen in een druppel water. Hooke maakte een kopie van de lichtmicroscoop van Leeuwenhoek en verbeterde vervolgens zijn ontwerp.

Charles A. Spencer

Later werden tot het midden van de 19e eeuw enkele belangrijke verbeteringen aangebracht. Toen begonnen verschillende Europese landen prima optische apparatuur te produceren, maar niets fijner dan de prachtige instrumenten gebouwd door de Amerikaan Charles A. Spencer en de industrie die hij oprichtte. Hedendaagse instrumenten, veranderd maar weinig, geven vergrotingen tot 1250 diameters met gewoon licht en tot 5000 met blauw licht.

Voorbij de lichtmicroscoop

Een lichtmicroscoop, zelfs een met perfecte lenzen en perfecte verlichting, kan eenvoudigweg niet worden gebruikt om objecten te onderscheiden die kleiner zijn dan de helft van de golflengte van licht. Wit licht heeft een gemiddelde golflengte van 0,55 micrometer, waarvan de helft 0,275 micrometer is. (Een micrometer is een duizendste van een millimeter, en er zijn ongeveer 25.000 micrometers tot een inch. Micrometers worden ook microns genoemd.) Elke twee lijnen die dichter bij elkaar dan 0,275 micrometer liggen, worden als een enkele lijn gezien en elk object met een diameter kleiner dan 0,275 micrometer zullen onzichtbaar zijn of, in het beste geval, verschijnen als een vervaging. Om kleine deeltjes onder een microscoop te zien, moeten wetenschappers het licht helemaal omzeilen en een ander soort 'verlichting' gebruiken, een met een kortere golflengte.

De elektronenmicroscoop

De introductie van de elektronenmicroscoop in de jaren dertig vulde de rekening. Mede bedacht door Duitsers, Max Knoll en Ernst Ruska in 1931, ontving Ernst Ruska in 1986 de helft van de Nobelprijs voor de natuurkunde voor zijn uitvinding. (De andere helft van de Nobelprijs was verdeeld tussen Heinrich Rohrer en Gerd Binnig voor de STM.)

In dit soort microscoop worden elektronen in een vacuüm versneld totdat hun golflengte extreem kort is, slechts honderdduizendste van wit licht. Stralen van deze snel bewegende elektronen zijn gericht op een celmonster en worden geabsorbeerd of verstrooid door de delen van de cel om een ​​beeld te vormen op een elektronengevoelige fotografische plaat.

Kracht van de elektronenmicroscoop

Als tot het uiterste wordt geduwd, kunnen elektronenmicroscopen het mogelijk maken om objecten zo klein als de diameter van een atoom te bekijken. De meeste elektronenmicroscopen die worden gebruikt om biologisch materiaal te bestuderen, kunnen tot ongeveer 10 Angstrom 'zien' - een ongelooflijke prestatie, want hoewel dit atomen niet zichtbaar maakt, kunnen onderzoekers afzonderlijke moleculen van biologisch belang onderscheiden. In feite kan het objecten tot 1 miljoen keer vergroten. Niettemin hebben alle elektronenmicroscopen een ernstig nadeel. Aangezien geen levend exemplaar kan overleven onder hun hoge vacuüm, kunnen ze de steeds veranderende bewegingen die een levende cel kenmerken niet vertonen.

Lichtmicroscoop versus elektronenmicroscoop

Met behulp van een instrument ter grootte van zijn handpalm, kon Anton van Leeuwenhoek de bewegingen van eencellige organismen bestuderen. Moderne afstammelingen van de lichtmicroscoop van van Leeuwenhoek kunnen meer dan 6 voet lang zijn, maar ze blijven onmisbaar voor celbiologen omdat, in tegenstelling tot elektronenmicroscopen, lichtmicroscopen de gebruiker in staat stellen levende cellen in actie te zien. De primaire uitdaging voor lichtmicroscopisten sinds van Leeuwenhoek's tijd is geweest om het contrast tussen bleke cellen en hun lichtere omgeving te verbeteren, zodat celstructuren en beweging gemakkelijker kunnen worden gezien. Om dit te doen, hebben ze ingenieuze strategieën bedacht met behulp van videocamera's, gepolariseerd licht, digitaliserende computers en andere technieken die enorme verbeteringen opleveren, in tegenstelling, het voeden van een renaissance in lichtmicroscopie.