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Cronologia del microscopio

XIV secolo: occhiali realizzati per la prima volta in Italia

1590: due produttori di occhiali olandesi e padre -e-suo figlio, Hans e Zacharias Janssen, creano il primo microscopio.

1667: viene pubblicato il famoso “Micrographia” di Robert Hooke, che delinea i vari studi di Hooke usando il microscopio.

1675: Entra Anton van Leeuwenhoek, che ha usato un microscopio con una lente per osservare insetti e altri campioni. Leeuwenhoek è stato il primo a osservare i batteri. XVIII secolo: con il miglioramento della tecnologia, la microscopia divenne più popolare tra gli scienziati. In parte ciò era dovuto alla scoperta che la combinazione di due tipi di vetro riduceva leffetto cromatico.

1830: Joseph Jackson Lister scopre che luso di lenti deboli insieme a varie distanze fornisce un chiaro ingrandimento.

1878: una teoria matematica che collega la risoluzione alla lunghezza donda della luce viene inventata da Ernst Abbe.

1903: Richard Zsigmondy inventa lultramicroscopio, che consente losservazione di campioni al di sotto della lunghezza donda della luce.

1932: I materiali biologici trasparenti vengono studiati per la prima volta utilizzando linvenzione di Frits Xernike del microscopio a contrasto di fase.

1938: Solo sei anni dopo linvenzione del microscopio a contrasto di fase arriva il microscopio elettronico, sviluppato da Ernst Ruska, che si rese conto che lutilizzo di elettroni in microscopia migliorava la risoluzione.

1981: immagini campione 3-D possibili con linvenzione del microscopio a scansione a tunnel di Gerd Binnig e Heinrich Rohrer.

Cronologia del microscopio composto

Proprio come i greci avevano un sistema di riscaldamento radiante perfettamente funzionante che funzionava duemila anni prima di quelli che solo ora vengono introdotti negli Stati Uniti, così le origini del microscopio ottico composto sembrano essere rintracciate, non allOlanda, allInghilterra o alla Francia, ma alla Cina, il che forse è appropriato data lattuale predominanza della Cina nella fornitura di microscopi ottici composti!

The Water Microscope

Secondo un antico testo cinese, i cinesi osservavano esemplari ingranditi attraverso una lente allestremità di un tubo, il quale veniva riempito con livelli dacqua variabili in base al grado di ingrandimento che desideravano ottenere. Geniale, efficace e ripetibile in casa, oggi. Che ciò sia avvenuto circa 4.000 anni fa durante la dinastia Chow-Foo e più di 3.500 anni prima della nascita del “padre della microscopia moderna” è davvero notevole.

Che questi antichi cinesi abbiano raggiunto livelli di ingrandimento di 150 volte oggi “Lo standard, o 100 moou, è da mozzare il fiato. È come se sviluppassero unauto da città che ha raggiunto Mach II. Se costruissero unauto del genere, non è mai stato trovato alcun riferimento ad essa. Allo stesso modo, non cè altro noto riferimento a un tale microscopio composto fino a quando non torneremo di nuovo ai Greci.

Non meno una persona di quanto Aristotele descrive il funzionamento di un microscopio in alcuni dettaglio. I greci fecero sicuramente un buon uso delle lenti curve, che sono un componente essenziale di qualsiasi microscopio stereo o composto. I ragazzi della Grecia antica probabilmente condividevano il senso di trionfo di ogni ragazzo americano nellusare una lente curva, o lente dingrandimento, per iniziare un fuoco. I greci, tuttavia, lo usavano anche per procedure chirurgiche, non sulle formiche come fanno i ragazzini, ma sulle persone – per cauterizzare ferite e lesioni causate dalla lebbra e così via.

Antichi egizi e romani ha anche utilizzato varie lenti curve sebbene non sia stato trovato alcun riferimento a un microscopio composto. I greci, tuttavia, ci hanno dato la parola “microscopio”. Proviene da due parole greche, “uikpos”, piccolo e “okottew”, vista. Tuttavia, sebbene gli antichi cinesi, greci e romani applicassero la loro infinita saggezza alla questione, non è noto alcun riferimento né alluso della luce artificiale né a più lenti. In altre parole, possiamo dare grande credito agli Antichi per la loro lungimiranza e i loro risultati, ma dobbiamo guardare altrove per scoprire sia il primo microscopio ottico che quello composto.

Incredibilmente, i prossimi riferimenti storici con qualsiasi cosa a tutto a che fare con i microscopi, o più precisamente, lottica è 1.200 anni dopo il saccheggio di Roma e, anche allora, i riferimenti sono solo alluso delle lenti nellinvenzione degli occhiali. In altre parole, alcune delle persone più intelligenti che il pianeta abbia mai prodotto, giocato e lavorato con lenti singole per diverse migliaia di anni senza andare oltre.

Spectacles

Poi, nel giro di pochi anni in Toscana, in Italia, due uomini affermarono di aver inventato gli occhiali in modo indipendente. La prova? Le loro lapidi! Uno, Salvano d “Aramento degli Amati morì nel 1284 a Firenze e affermò di aver tenuto segreto il processo. Laltro, Allessandro della Spina morì nel 1317 e affermò di aver rivelato il suo processo. Pisa e Firenze sono solo un breve galoppo di distanza. Coincidenza ? Tu decidi.

In ogni caso, un monaco locale, Girodina da Rivalta, tenne un sermone nel 1306 in cui sostenne con entusiasmo gli occhiali come una formidabile invenzione e di sfuggita, indicò che erano in uso da circa 20 anni. Infine, nel 1289, un altro locale della famiglia Popozo si lamentava che “sono così debilitato dalletà che senza gli occhiali noti come occhiali, non sarei più in grado di leggere o scrivere”.

Telescopi

Più o meno nello stesso periodo, sembra che gli obiettivi fossero utilizzati nei primi telescopi. Nel XIII secolo, linglese Roger Bacon ne discute a lungo. Sia gli occhiali che i microscopi sono rilevanti per i microscopi perché tracciano luso sempre più sofisticato delle lenti, la componente ottica essenziale di qualsiasi microscopio.

Quindi, solo 200-300 anni dopo, troviamo una pletora di riferimenti e prove concrete sia dei telescopi che dei microscopi. Era arrivato il Rinascimento e con esso unabbondante fioritura nelle arti e nelle scienze. Ancora più importante, con linvenzione della stampa, idee e sviluppi potrebbero essere diffusi facilmente e rapidamente. Di conseguenza, Thomas Digges “il lavoro sul telescopio in Inghilterra nella metà del XVI secolo e il lavoro di Hans Lippershey” che includeva la richiesta di un brevetto per telescopio furono trasmessi ad altri, incluso non meno un genio di Galileo.

Galileo iniziò immediatamente a lavorare con gli obiettivi. In un breve lasso di tempo, ha sviluppato un telescopio migliorato con un dispositivo di messa a fuoco e ha continuato a conquistare le stelle. Detto questo, dovremmo anche rendere omaggio a Sir Isaac Newton che più o meno nello stesso periodo nel Regno Unito, inventò il telescopio riflettente.

Microscopi composti

Ma che dire dei microscopi? lo stesso Hans Lippershey e suo figlio, Zaccharias Hanssen, stavano sperimentando una varietà di lenti. Alla fine degli anni 1590, usarono diverse lenti in un tubo e rimasero stupiti nel vedere che loggetto allestremità del tubo era ingrandito in modo significativo oltre la capacità di una lente dingrandimento. Avevano appena inventato il microscopio composto. Vale a dire, avevano scoperto che unimmagine ingrandita da una singola lente può essere ulteriormente ingrandita da un secondo o più lenti.

Poi, a metà del XVII secolo, un inglese, Robert Hooke e un olandese, Anthony Van Leeuwenhoek portarono il microscopio a nuovi livelli . Hooke era un genio malaticcio che amava sperimentare. Lo ha fatto in una vasta gamma di campi di studio scientifici e con un successo prolifico. Ha inventato larticolazione universale, il diaframma a iride (un altro componente chiave di molti moderni microscopi ottici), un respiratore, uno scappamento ad ancora e una spirale per orologi.

Ha anche elaborato la teoria corretta della combustione; ha ideato unequazione che descrive lelasticità che è ancora usata oggi (“Legge di Hooke”) e ha inventato o migliorato strumenti meteorologici come il barometro, lanemometro e ligrometro e così via. Soprattutto, tuttavia, è noto per Micrographia, i suoi studi con un microscopio, pubblicati nel 1665. La micrografia divenne subito una sensazione non solo per ciò che descrisse ma per i superbi disegni che fece.

He descrisse un nuovo mondo accanto a squisiti disegni dei peli pungenti di unortica, una pulce e, cosa più famosa di tutte, la struttura a nido dape o “cellule” di un sughero. Fu Hooke a coniare il termine “cellule” per descrivere il tessuto vivente. È interessante notare che, mentre Hooke usava un microscopio composto, scoprì che affaticava e indeboliva molto la sua vista. Per la sua Micrographia, preferiva usare un semplice microscopio a lente singola fatto di oro e pelle e illuminato da una candela. Forse la prima luce microscopio?

Antonie van Leeuwenhoek – il padre del microscopio

Fu Leeuwenhoek, tuttavia, che visse nello stesso periodo di Hooke e attinse al lavoro di Hooke per portare il design del microscopio a nuovi livelli di sofisticazione. Come drappista, ha usato un semplice microscopio per esaminare i tessuti. In qualità di scienziato, ha iniziato a sperimentare nuovi modi di levigare le lenti per migliorare la qualità ottica. In totale, ha messo a terra circa 550 obiettivi, alcuni dei quali avevano un potere di ingrandimento lineare di 500 e un potere risolutivo di un milionesimo di pollice: un risultato sorprendente.

Leeuwenhoek ha descritto questi risultati in quasi 200 lettere alla Royal Society di Londra dove non meno di una persona di Robert Hooke li ha convalidati. Il risultato di tutto questo lavoro è stato un semplice microscopio portatile a lente singola. Il campione è stato montato sulla parte superiore del puntatore, sopra il quale giaceva una lente convessa fissata a un supporto di metallo. Il campione è stato quindi osservato attraverso un foro sullaltro lato del microscopio ed è stato messo a fuoco utilizzando una vite.

Forse il suo esperimento più famoso è avvenuto nel 1674 quando ha visto lacqua del lago:

“Ora ho visto molto chiaramente che queste erano piccole anguille, o vermi, che giacevano tutti rannicchiati luno nellaltro e dimenavano come se vedessi, con locchio croccante, unintera vasca piena di anguille e acqua, con le anguille che si dimenavano luna nellaltra; e lintera acqua sembrava essere viva con questi molteplici animaletti.

Questa è stata per me, tra tutte le meraviglie che ho scoperto in natura, la più meravigliosa di tutte; e devo dire, da parte mia, che non più una vista piacevole è arrivata ancora davanti ai miei occhi che queste molte migliaia di creature viventi viste tutte vive in una piccola goccia dacqua, che si muovono luna nellaltra, ognuna delle diverse creature che ha il proprio movimento. “

Aveva scoperto batteri. Si era guadagnato il titolo di padre del microscopio. È interessante notare che ci volle fino al 1839, quasi duecento anni dopo, prima che le cellule venissero finalmente riconosciute come le unità di base della vita.

XVIII / XIX secolo

Il prossimo grande passo nella storia del microscopio avvenne altri 100 anni dopo con linvenzione della lente acromatica da parte di Charles Hall, negli anni Trenta del Settecento. Scoprì che utilizzando una seconda lente di forma e proprietà rifrangenti diverse, poteva riallineare i colori con un impatto minimo sullingrandimento della prima lente.

Poi, nel 1830, Joseph Lister risolse il problema dellaberrazione sferica ( la luce si piega con angoli diversi a seconda di dove colpisce lobiettivo) posizionando gli obiettivi a distanze precise luno dallaltro. Combinate, queste due scoperte hanno contribuito a un netto miglioramento della qualità dellimmagine. In precedenza, a causa della scarsa qualità del vetro e delle lenti imperfette, i microscopisti non vedevano altro che immagini distorte, un po come se le prime radio fossero estremamente screpolate.

Vale la pena ricordare che fino ad ora, ogni nuova falcata è stato nella qualità o nellapplicazione delle lenti. Quindi, nel 1863, uno dei numerosi nuovi produttori di microscopi, la società Ernst Leitz, affrontò un problema meccanico con lintroduzione della prima torretta girevole con non meno di cinque obiettivi.

Questo miglioramento fu rapidamente seguito nel 1866 quando Carl Zeiss reclutò Ernst Abbe come suo direttore della ricerca presso la Zeiss Optical Works. Abbe ha definito la struttura di quello che sarebbe diventato il moderno approccio allo sviluppo dellottica computazionale. Ha chiarito la differenza tra ingrandimento e risoluzione e ha criticato la pratica di usare oculari con un ingrandimento troppo alto come “ingrandimento a vuoto”. Nel 1869, il suo lavoro produsse un nuovo dispositivo di illuminazione brevettato: il condensatore di Abbe.

Condensatore di Abbe: il lavoro di Abbe su una teoria ondulatoria dellimaging microscopico (la condizione seno di Abbe) rese possibile lo sviluppo di un nuovo gamma di diciassette obiettivi per microscopio – tre di questi erano i primi obiettivi di immersione e tutti sono stati progettati sulla base di modelli matematici. Come ha osservato Abbe, le sue creazioni erano “basate su uno studio preciso dei materiali utilizzati, i progetti interessati sono specificati mediante calcolo ultimo dettaglio – ogni curvatura, ogni spessore, ogni apertura di una lente – in modo da escludere qualsiasi approccio per tentativi ed errori. “

Da qui in poi, i microscopi sono stati progettati sulla base di solide leggi della fisica piuttosto che sulla prova e lerrore che aveva caratterizzato i pionieri. Allo stesso tempo, numerose aziende istituirono impianti di produzione specializzati incentrati sulla produzione di microscopi di precisione. La ricerca e lo sviluppo continuarono a dare i loro frutti.

Nel 1880, i primi microtomi cominciò ad essere utilizzato che consentì di preparare campioni significativamente più sottili per migliorare il campione. Nel 1893, un altro dipendente Zeiss, August Kohler, scoprì un sistema di illuminazione senza precedenti che è ancora noto come illuminazione Kohler. Utilizzando doppi diaframmi, il sistema offre i tripli vantaggi di un campione uniformemente illuminato, unimmagine luminosa e un abbagliamento minimo. In altre parole, Kohler ha ottenuto unimmagine quasi perfetta.

Il mercato di massa dei microscopi era arrivato contemporaneamente allingegneria di precisione e non cè da meravigliarsi se sono stati ottenuti una miriade di risultati sorprendenti: nel 1879, Walter Flemming scoprì la mitosi cellulare ei cromosomi, un risultato riconosciuto come uno dei 100 risultati scientifici più importanti di tutti i tempi.

XX secolo

A cavallo tra il XIX e il XX secolo Louis Pasteur inventò la pastorizzazione mentre Robert Koch scoprì i suoi famosi o famigerati postulati: il bacillo dellantrace, il bacillo della tubercolosi e il colera vibrio.

UV and Phase: By 1900, il limite teorico di risoluzione per i microscopi a luce visibile (2000 angstrom) è stato raggiunto. Nel 1904 Zeiss superò questa limitazione con lintroduzione del primo microscopio UV commerciale con una risoluzione doppia rispetto a quella di un microscopio a luce visibile.Nel 1930 Fritz Zernike scoprì di poter visualizzare le cellule non colorate usando langolo di fase dei raggi. Disdegnato da Zeiss, la sua innovazione nel contrasto di fase non fu introdotta fino al 1941, anche se vinse un premio Nobel per il suo lavoro nel 1953.

Microscopi elettronici: nel 1931 Max Knoll ed Ernst Ruska inventarono il primo microscopio elettronico che ha superato i limiti ottici della luce. La fisica impone che i microscopi ottici siano limitati dalla fisica della luce a un ingrandimento di 500x o 1000x e una risoluzione di 0,2 micrometri.

Knoll e Ruska hanno costruito un elettrone di trasmissione microscopio (TEM) – uno che trasmette un fascio di elettroni (al contrario della luce) attraverso il campione. La successiva interazione del fascio di elettroni con il campione viene registrata e trasformata in unimmagine. Quindi, nel 1942, Ruska migliorò il TEM costruendo il primo microscopio elettronico a scansione (SEM) che trasmette un fascio di elettroni attraverso il campione.

I principi di Ruska costituiscono ancora la base dei moderni microscopi elettronici – microscopi che possono raggiungere livelli di ingrandimento fino a 2 milioni di volte! Il secondo grande sviluppo per i microscopi nel 20 ° secolo è stata levoluzione del mercato di massa. È iniziato nel 19 ° secolo quando Leitz affermava di aver esportato 50.000 microscopi negli Stati Uniti, questo tendenza ha subito unaccelerazione nel XX secolo. Di conseguenza, un gran numero di produttori è sorto per offrire alternative a prezzi più competitivi ad aziende europee consolidate come Zeiss e Leitz.

Cina: la Cina è diventata un importante fornitore di microscopi per luso quotidiano e, con levoluzione della loro capacità di produzione ottica, ora fornisce componenti ottici ad alcune delle principali marche di microscopi. Questa tendenza di mercato ha avuto un effetto benefico sul prezzo o f microscopi, consentendo la diffusione dei microscopi oltre il regno del ricercatore per luso commerciale e individuale di tutti i giorni.

Nuove sorgenti luminose – alogene, fluorescenti e LED hanno tutte migliorato o aggiunto una maggiore versatilità del microscopio ottico , mentre lavvento dei supporti a braccio ha portato a estese applicazioni di ispezione commerciale che non possono essere eseguite con una base per microscopio a piedistallo standard. Linnovazione più recente, tuttavia, è stata larrivo del microscopio digitale.

Microscopi digitali: i microscopi digitali consentono la trasmissione di immagini dal vivo a una TV o un computer schermo e hanno contribuito a rivoluzionare la microfotografia. I microscopi digitali integrano semplicemente una fotocamera per microscopio digitale sulla porta trinoculare di un microscopio standard. Una soluzione alternativa e più flessibile è semplicemente posizionare una fotocamera per microscopio digitale su un microscopio trinoculare!

Dino-Lite: una delle innovazioni più originali nel Il 21 ° secolo è stato il microscopio digitale Dino-Lite. I Dino-Lite sono microscopi digitali portatili, non molto più grandi di una grassa penna. Offrono capacità di zoom a bassa potenza con ingrandimento fino a 500x. Hanno avuto un notevole impatto sulle applicazioni di ispezione industriale.