Ti sei mai chiesto come sono le cose più piccole da vicino? Da un granello di zucchero nel tuo caffè, una ciocca di capelli, o le cellule della tua guancia, non puoi vedere queste cose ed esaminarle da vicino solo ad occhio nudo. Se questi oggetti sono già difficili da ispezionare, che dire delle parti più piccole di un organismo e di altre cose che sembrano quasi invisibili? Ecco a cosa servono i microscopi.
Che cos’è un microscopio?
Un microscopio, dalle parole greche antiche mikrós o “piccolo” e skopeîn o “guardare o vedere”, è uno strumento che viene usato per vedere oggetti più piccoli che l’occhio umano può vedere. La microscopia è il campo di studio scientifico che serve a studiare strutture e oggetti minuscoli con un microscopio.
Era il 16° secolo quando il primo microscopio composto fu scoperto da e accreditato a Zacharias Janssen. Mettendo un oggetto all’estremità di un tubo e collocando due lenti in cima e in fondo al tubo, Zacharias e suo padre Hans si resero conto che l’oggetto veniva ingrandito. Grazie a questa scoperta, furono sviluppate altre scoperte e innovazioni che portarono ai microscopi che usiamo oggi.
Come funzionano i microscopi?
I microscopi più elementari usati in varie istituzioni oggi fanno uso di una serie di lenti che raccolgono, riflettono e mettono a fuoco la luce sul campione, che è l’oggetto in esame. Senza la presenza della luce, i microscopi non funzionano. Questo tipo di microscopio è tipicamente usato nei centri di ricerca, nelle scuole e negli ospedali.
L’uso di diverse lenti per microscopio promuove l’ingrandimento senza alterare la qualità dell’immagine prodotta. A parte l’ingrandimento della lente, è anche importante identificare il campo visivo del microscopio per misurare con precisione le dimensioni del campione. Inoltre, la maggior parte dei microscopi hanno lenti binoculari che consistono in due lenti e un prisma per dividere l’immagine su entrambi gli oculari dove si sbircia.
Su un’altra estremità del microscopio ci sono le lenti obiettive che sono responsabili della raccolta e della concentrazione della luce nel campione. Queste lenti obiettive hanno una forza variabile che può essere utilizzata una alla volta regolando l’ogiva girevole.
Uno strumento chiamato oculare ingrandisce l’oggetto cambiando la lunghezza d’onda della luce che viene utilizzata nello strumento per farlo funzionare. Ci sono molti tipi di oculari, ognuno capace di compiti diversi. Gli oculari più comuni sono quelli che usano la tecnologia a gas per fornire la luce. Il successivo oculare comune è il modello con correzione a gas. Il terzo oculare comune è il modello a fotocellula.
Esistono altri tipi di oculari che vengono utilizzati a seconda delle esigenze dell’esperimento che si sta conducendo. Imparando come funziona un microscopio, i ricercatori saranno in grado di utilizzare questi oculari nei loro esperimenti, fornendo così modi migliori per studiare la natura e il suo funzionamento.
I microscopi sono solitamente alimentati da batterie o da meccanismi meccanici per consentire l’osservazione di oggetti fino a 10 volte più piccoli delle loro dimensioni originali. Se un campione microscopico non viene maneggiato correttamente o in modo inappropriato, può distorcere l’immagine e dare risultati fuorvianti. Pertanto, utilizzare il giusto tipo di microscopio e maneggiarlo correttamente è importante per visualizzare l’oggetto scelto.
Ecco cinque tipi di microscopio, le loro qualità specifiche e gli usi:
- Microscopio semplice
Un microscopio semplice è semplicemente una grande lente di ingrandimento con una lunghezza focale più corta che ha uno specchio convesso con una piccola area focale. Gli esempi più comuni di questo tipo di dispositivo sono la lente portatile e la lente oculare.
Quando un materiale viene tenuto vicino alla lente del microscopio, si crea la sua messa a fuoco, e l’oggetto originale diventa ingrandito e più eretto. Poi, si mette a fuoco una parte del materiale avvicinando i due bordi della lente. Questo crea un’immagine più piccola e più focalizzata del materiale rispetto all’area più grande.
Siccome è solo un microscopio semplice, ha solo un livello di ingrandimento a seconda della lente utilizzata. Pertanto, i microscopi semplici sono utilizzati solo per leggere e ingrandire oggetti non complessi. Per esempio, puoi usare una lente d’ingrandimento per ingrandire i dettagli di una mappa.
- Microscopio composto
Un microscopio composto è il tipo più comune di microscopio usato oggi, il cui meccanismo è spiegato in precedenza. È fondamentalmente un microscopio che ha una lente o una telecamera su di esso che ha un mezzo composto nel mezzo. Questo mezzo composto permette ingrandimenti in scala molto fine.
Mentre il microscopio semplice richiede solo la luce naturale per vedere l’oggetto, un microscopio composto ha bisogno di un illuminatore per vedere il campione. Queste sono le specifiche di base di un microscopio composto:
- Ingrandimento: Si tratta di far sembrare il campione più grande attraverso il microscopio attraverso lo zoom delle lenti. L’ingrandimento è una proprietà quantificata che va da 40x, 100x, 400x e fino a 1000x.
- Risoluzione: Questo si riferisce a quanto bene l’immagine viene catturata dalla lente del microscopio composto. Una risoluzione più alta significa che l’immagine sarà più chiara e dettagliata. Inoltre, ha una migliore chiarezza visiva in quanto ha più livelli di ingrandimento.
- Contrasto: Come in fotografia, l’oscurità dello sfondo rispetto alla messa a fuoco o al campione è chiamata contrasto. Un contrasto eccellente si ottiene tipicamente attraverso la colorazione del campione in modo che i suoi colori risaltino quando viene visto al microscopio.
I microscopi composti sono estremamente utili per la ricerca in diverse aree. Ha avuto un grande impatto sulla scienza e sulla tecnologia in generale. Alcuni dei suoi usi popolari sono quando si visualizza un campione scientifico per scopi educativi e di ricerca. Se stai cercando di studiare alla scuola di medicina, incontrerai spesso questo tipo di microscopio nelle tue classi.
- Microscopio stereo
Il microscopio stereo, microscopio da dissezione o stereoscopico, è una versione di microscopia ottica progettata specificamente per l’imaging a basso ingrandimento di un campione biologico. Funziona attraverso la riflessione della luce sulla superficie del campione piuttosto che trasmessa attraverso il suo mezzo.
Questo tipo di microscopio è spesso usato nei laboratori chimici dove sono richieste immagini più dettagliate e tridimensionali che sarebbero possibili con un microscopio elettronico o un altro microscopio ad alta potenza. Mentre la tecnologia della microscopia stereo esiste da oltre 100 anni, i microscopi stereo sono nati solo di recente in laboratorio e possono produrre immagini di qualità superiore rispetto al passato.
Molte persone scelgono gli stereoscopi rispetto ad altri modelli di microscopio perché possono produrre immagini di qualità migliore a seconda delle proprie esigenze. Inoltre, questi modelli di microscopio richiedono meno manutenzione e sono poco costosi. Le applicazioni del microscopio stereoscopico coinvolgono requisiti microscopici meno approfonditi, come la visualizzazione di materiali di produzione, il lavoro sui circuiti, la dissezione e l’ispezione.
- Microscopio elettronico a scansione (SEM)
Un microscopio elettronico a scansione è un tipo molto popolare di microscopi elettronici a scansione, che produce immagini di un materiale attraverso la scansione del campione con un fascio di elettroni ad alta potenza. Gli elettroni che interagiscono con gli atomi all’interno del campione creano diversi segnali che contengono dati sulla struttura e la topografia del materiale. Le immagini che vengono prodotte utilizzando questi strumenti microscopici sono altamente accurate e possono essere visualizzate in alta risoluzione utilizzando un oculare per microscopio o una lente d’ingrandimento.
Per ottenere risultati appropriati da un SEM, il campione o l’esemplare deve avere una conduzione elettrica per far rimbalzare gli elettroni sulla sua superficie, producendo così un’immagine chiara. Affinché il campione diventi abbastanza conduttivo elettricamente, è rivestito da un sottile strato di metalli come l’oro.
Possono essere impiegate diverse tecniche per migliorare la qualità dell’immagine del SEM, come: l’imaging a fluorescenza, la microscopia elettronica a punta, la scansione multiraggio e l’uso di cristalli colloidali.
Inoltre, è importante utilizzare il microscopio in buone condizioni di lavoro, poiché questo ridurrà la qualità delle immagini che si ricevono. Con tutte queste cose, potrete avere un ottimo strumento che vi permetterà di visualizzare ed esaminare il più piccolo campione possibile.
Di seguito sono elencate le migliori applicazioni e usi di un microscopio elettronico a scansione:
- Ispezione dei semiconduttori
- Scienza dei materiali
- Scienza medica
- Indagini forensi
- Campionamento del suolo e delle rocce
- Nanowires per il rilevamento dei gas
- Arte
- Microscopio a trasmissione Electron Microscope (TEM)
La microscopia elettronica a trasmissione è un metodo di microscopia ottica in cui un fascio elettrico di elettroni viene trasmesso attraverso un campione non colorato per creare un’immagine ottica del campione. Invece di inviare elettroni per scansionare e rimbalzare sul campione come fanno i SEM, i TEM permettono agli elettroni di passare attraverso il campione sottile. Il campione è di solito una fetta ultrasottile di meno di 50 micrometri di spessore o una sospensione elettrolitica sospesa su una griglia di piastre simili a griglie.
In contrasto con i normali microscopi composti, i TEM hanno un incredibile ingrandimento che è forse 10.000 volte superiore a quello dei microscopi ottici, permettendo ai ricercatori di vedere campioni eccezionalmente piccoli. Possono persino illustrare la disposizione degli atomi all’interno di un campione.
A causa della sofisticazione dei TEM, sono estremamente tecnici e costosi. Gli studenti di solito non hanno accesso a questo tipo di microscopio perché sono destinati agli scienziati che fanno un lavoro impegnativo nel campo della nanotecnologia, della ricerca medica, delle scienze della vita, della ricerca biologica, della ricerca sui materiali, della gemmologia e della metallurgia.
Tuttavia, i campioni richiedono una preparazione dettagliata dove devono essere messi in una camera a vuoto. Così, i campioni viventi come i protozoi non possono essere esaminati sotto TEM. Mentre i campioni possono essere colorati o rivestiti con sostanze chimiche per proteggere la loro struttura, ci sono maggiori possibilità che il microscopio distrugga comunque il campione. Nonostante questi inconvenienti, i contributi dei microscopi elettronici a trasmissione non hanno rivali.
In innumerevoli modi possibili, i microscopi hanno così tanto da offrire alla scienza. Grazie ai microscopi, gli studi e l’apprendimento che richiedono l’ingrandimento degli oggetti possono essere eseguiti correttamente. I microscopi gettano anche le basi per ulteriori sviluppi scientifici a venire. Man mano che la comprensione mondiale della tecnologia aumenta, potrebbe volerci solo un po’ di tempo prima che i microscopi si trasformino in nuovi tipi con ancora più potenziale di quelli presenti oggi.