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PRESENTAZIONE

Verso la fine del '400 vennero scoperte opere degli antichi scienziati dell'epoca classica, contenenti anche l'enunciazione delle leggi di riflessione e di rifrazione dei raggi luminosi. Anche Leonardo da Vinci, attratto da questi studi, si diede alla lettura dell'Ottica di Vitellione e dei trattati di Alhazen, come dimostra la sua invenzione composta da aste articolate ed atte a risolvere un celebre problema posto dalle indagini di Alhazen, riguardante appunto la riflessione degli specchi sferici. A poco a poco, divenendo gli esperimenti sempre meno caotici e sempre più indirizzati verso la conoscenza della matematica, si pervenne ai primi progenitori dei moderni cannocchiali e dei moderni microscopi. Naturalmente il maggior merito va alle indagini di due grandi astronomi, Galileo e Keplero, padre l'uno delle leggi atte alla progettazione e costruzione delle lenti per cannocchiali, e l'altro del cosiddetto cannocchiale astronomico di Keplero. Il moderno microscopio è formato da due gruppi separati di lenti: il primo si chiama obiettivo, dalla sua vicinanza all'oggetto che si vuole osservare ingrandito; il secondo è noto come oculare, dalla sua vicinanza all'occhio di chi osserva. I primi microscopi ottenevano ingrandimenti piuttosto modesti, poiché adoperavano gruppi composti da una sola lente obiettivo e una lente oculare; oggi invece ogni gruppo è formato da più lenti, in modo da eliminare tutte le aberrazioni geometriche o le aberrazioni cromatiche, cosiddette per la loro capacità di far apparire le immagini come scisse nei colori dell'arcobaleno, tutto a scapito della nitidezza dei particolari. Alla fine dell'Ottocento, l'obiettivo ideato dal matematico Abbe riuscì a servirsi di dieci lenti associate, migliorando notevolmente le tecniche fino ad allora adottate. Con l'avvento delle nuove tecnologie e delle enormi possibilità sperimentali, il microscopio subì un progressivo miglioramento, sino a giungere ai modelli moderni. L'importanza del microscopio, soprattutto in altri campi della scienza quali la biologia e la medicina, spinse gli scienziati a ricercare sempre migliori forme di analisi e di studio. L'ultimo frutto delle ricerche in questo campo è il microscopio elettronico, dotato di una potenzialità e di una maneggevolezza straordinarie, di cui parleremo più approfonditamente nelle prossime pagine.

COME È FATTO

Il microscopio si compone di una parte meccanica, di un sistema ottico e di un apparato di illuminazione. La parte meccanica comprende una base che sostiene lo strumento e una colonna sulla quale è fissato il tubo portalenti, il tavolino su cui viene appoggiato l'oggetto da esaminare e l'apparato di illuminazione. Il tubo portalenti è movibile e può essere abbassato o alzato mediante la rotazione di una o due viti per la messa a fuoco. Il sistema ottico comprende l'obiettivo e l'oculare. Essi sono formati ciascuno da una lente, nei microscopi più semplici, e da un gruppo di lenti in quelli più complessi. L'ingrandimento complessivo è dato dal prodotto dell'ingrandimento dell'obiettivo per quello dell'oculare. L'apparato di illuminazione è costituito da uno specchio posto al di sotto del tavolino, nei microscopi più semplici; in quelli più complessi invece, questo è formato oltre che dallo specchio, anche da una sorgente luminosa (una lampada) e da un sistema di lenti (condensatore) destinato ad indirizzare il fascio di luce sull'oggetto. Per far si che la luce effettui questo passaggio, il tavolo è munito di un forellino centrale. L'obiettivo di piccolissima distanza focale è composto da un certo numero di lenti (tre o quattro) e la prima lente ha sovente la forma di una semisfera con la faccia piana rivolta verso l'oggetto; fra i migliori obiettivi ricordiamo l'apocromatico di Abbe, che corregge l'aberrazione cromatica per tre colori. Elementi che compongono un microscopio Modello tridimensionale di microscopio

UTILIZZO

Gli oggetti da osservare devono essere ben puliti ed illuminati. Se l'oggetto, o preparato in termini tecnici, è trasparente si usa l'illuminazione per trasmissione. Questa luce arriva al preparato dal basso, attraverso il foro applicato nel tavolino del microscopio, giungendo così all'obiettivo. Se invece il preparato non è trasparente esso deve essere illuminato per riflessione. La luce giunge al preparato dall'alto e riflettendo su esso, perviene all'obiettivo. Alcune volte si fa uso di una illuminazione mista, in cui la luce deve far si che i suoi raggi giungano all'obiettivo in parte riflettendo direttamente sul preparato, in parte riflettendosi sullo specchio del microscopio attraversando il preparato. Naturalmente l'illuminazione può essere naturale con luce solare, o artificiale con l'impiego di una lampadina. Se si adopera una luce artificiale bisogna scegliere una lampada smerigliata. Nel caso in cui la luce sia insufficiente e il microscopio non possieda il condensatore (quel sistema di lenti posto tra lo specchio e il tavolino che ha lo scopo di orientare sull'oggetto il fascio luminoso della lampada), si può inserire tra il microscopio e la lampada una ampolla di vetro di forma sferica, colma di una soluzione molto concentrata di acqua e sale da cucina. Muovendo in avanti o indietro l'ampolla si troverà una posizione corrispondente alla massima concentrazione del fascio luminoso sul preparato.

IL PREPARATO

Il preparato deve essere disposto su un vetrino portaoggetto (dello spessore di due mm circa) che mediante delle mollette va fissato al tavolino del microscopio. Per esaminare una goccia di un liquido, occorre, dopo averla posata sul vetrino portaoggetto, coprirla con uno di quei sottilissimi vetrini dello spessore di circa un decimo di millimetro, detti copri-oggetto, per evitare che il liquido, evaporando, appanni l'obiettivo del microscopio. Quando si devono esaminare dei corpi viventi nell'acqua, è necessario evitare che il vetrino portaoggetti li schiacci, e questo si può attuare seguendo un particolare procedimento: si tiene il vetrino coprioggetto con un paio di pinzette, si fa cadere su di esso la goccia da esaminare e lo si capovolge abilmente, senza far cadere la goccia, su uno di quei vetrini portaoggetto che posseggono una apposita rientranza al centro. Se non si posseggono vetrini portaoggetto con incavo, si possono immergere gli angoli del vetrino coprioggetto nella cera fusa, ottenendo un coprioggetto con quattro piedini. Molti oggetti sono osservabili per trasmissione, per esempio le ali di una mosca, altri diventano trasparenti se tagliati con una lametta in fette sottilissime, mentre altri oggetti minutissimi acquistano trasparenza se lasciati immersi per un giorno in glicerina.

LA MESSA A FUOCO

Per ottenere una immagine microscopica precisa e dai contorni netti, bisogna collocare l'obiettivo ad una distanza esatta dal preparato. Per questo motivo il microscopio è provvisto della vite per la messa a fuoco, la cui ruotazione consente al tubo porta lenti di essere avvicinato o allontanato dal tavolino su cui si trova il preparato. Per effettuare la messa a fuoco è consigliabile portare il tubo portalenti quasi a contatto con il preparato; poi, guardando nell'oculare, ruotare verso l'alto la vite fino ad ottenere una immagine nitida, cioè a fuoco. Compiendo la manovra inversa si rischia di rompere il vetrino coprioggetto, o di rigare l'obiettivo. Siccome il campo visivo è tanto più ampio quanto minore è l'ingrandimento, è bene adoperare l'obiettivo più debole per l'osservazione microscopica allo scopo di individuare i punti interessanti del preparato e per passare poi a ingrandimenti via via maggiori. L'immagine prodotta dal microscopio è invertita rispetto all'oggetto, perciò appariranno invertiti anche gli spostamenti dell'immagine microscopica. Per eseguire osservazioni microscopiche è necessario disporre di una dozzina di vetrini portaoggetto e di una scatola di vetrini coprioggetto; alcuni vetrini da orologio; un paio di pinzette, meglio se a punte ricurve; un paio di forbici piccole; un paio di aghi manicati, che si possono facilmente ottenere saldando con un po' di colla comuni aghi per cucire alle estremità di asticciole di legno; un pennellino. Per effettuare la dissezione occorre una lente d'ingrandimento o un paio di occhiali da dissezione, che possono essere facilmente costruiti adattando due lenti convergenti uguali ad una montatura per occhiali; una tavoletta di legno compensato o di balsa; una scatola di lamette da barba provviste di portalame e una scatola di spilli a testa larga. Occorrono anche alcune provette di vetro e dei recipienti di varia forma con rispettivo tappo a perfetta tenuta; per i prodotti chimici serve dell'acqua distillata, dell'alcool da liquore, glicerina, cloroformio e blu di metilene. L'immagine proiettata sullo schermo, detta reale, viene esaminata dall'oculare che non fa altro che ingrandire ulteriormente l'immagine reale, già ingrandita dall'obiettivo. Questo ingrandimento non è illimitato ma si ferma a 1000 o al massimo a 2000 diametri. Il limite alle capacità dei microscopi è posto dal potere risolutivo. Con questo si vuole indicare che, per un fenomeno inerente alla natura stessa della luce, non è possibile distinguere due dettagli che non abbiamo una distanza minima fra loro, così come sarebbe impossibile scrivere una lettera con una pennellessa da imbianchino. I più importanti usi del microscopio sono quelli inerenti alla biologia e alla medicina, ed è in questo campo che si è giunti, grazie all'uso di sofisticati apparecchi ottici, alla identificazione dei microorganismi, cui vanno imputate numerose malattie. Anche l'industria ha saputo avvalersi di questo potente mezzo di ricerca: infatti, da circa trent'anni, accanto al microscopio ottico è entrato in uso anche quello elettronico, in cui al posto dei raggi di luce vengono utilizzati fasci di elettroni contraddistinti da grande velocità e, al posto delle lenti, campi magnetici ed elettrostatici. Microfotografia di alcuni protozoi

IL MICROSCOPIO ELETTRONICO

Il microscopio ottico, anche il più perfezionato, come quello con obiettivo ad immersione, o quello con obiettivo apocromatico, non ci permette di ottenere ingrandimenti superiori ai 2000 diametri (che rappresenta l'ingrandimento lineare ovvero il rapporto fra le dimensioni lineari dell'oggetto in esame e quelle dell'immagine ottenuta). Per quanto elevata sia la sua struttura è teoricamente impossibile aumentare il suo potere risolvente (o risolutivo). A causa del fenomeno della diffrazione della luce, la distanza minima fra due punti dell'oggetto, perché l'osservatore possa nettamente distinguerli, non può andare al disotto di un decimo di micron (un millesimo di millimetro). Questo limite dipende dalla lunghezza d'onda della luce, utilizzata per illuminare l'oggetto. Per questo in alcuni casi l'oggetto viene illuminato con la luce ultravioletta; questa però non consente la visione diretta e perciò l'immagine dell'oggetto stesso viene fotografata. Vi è uno strumento, detto ultramicroscopio, che consente di vedere oggetti più piccoli di quelli normalmente asservati con microscopi ordinari. Lo strumento impiega una sorgente di raggi ultravioletti e dispone di un obiettivo di quarzo, (non di vetro), che assorbe le radiazioni ultraviolette. Ma anche con questo sistema gli ingrandimenti non superano i 3000 diametri. Per poter osservare gli oggetti invisibili al microscopio ottico occorre perciò quello elettronico. Questo è uno strumento che consente la visione indiretta, in modo tale che la visione dell'oggetto ingrandito non si veda attraverso un oculare, ma su uno speciale schermo fluorescente, oppure possa essere fotografata. Il microscopio elettronico utilizza per l'illuminazione un fascio di elettroni, poiché questi hanno una lunghezza d'onda molto inferiore alle lunghezze d'onda della luce visibile e ultravioletta, in modo tale da poter consentire ingrandimenti dell'ordine di 200.000 diametri e più; e ciò perché il loro uso abbassa grandemente il potere risolvente del microscopio. La divergenza e la convergenza dei fasci di elettroni, vengono prodotte da apposite lenti elettroniche, costituite da campi elettrici e magnetici. La sorgente di elettroni è costituita da un filamento incandescente, che invia un fascio di elettroni nel condensatore: questo ha la funzione di lente magnetica; subito dopo viene posto l'oggetto da osservare, poi altre due lenti magnetiche distanziate fra loro e dall'oggetto. Per ultimo è posizionato il proiettore, per mezzo del quale è possibile fissare l'immagine su una lastra fotografica o sullo schermo fluorescente. Il fascio di elettroni, attraversato il condensatore, illumina l'oggetto e quindi lo rende visibile. Sotto l'osservazione dei due obiettivi, l'immagine viene trasmessa enormemente ingrandita al proiettore, alla camera oscura e quindi sullo schermo. Fino ad ora abbiamo parlato del microscopio elettronico a trasmissione, ma esiste anche un altro sistema, quello elettrostatico, nel quale le lenti magnetiche sono sostituite da lenti elettrostatiche. Queste sono formate da campi elettrici che hanno la funzione di focalizzare il fascio elettronico. Moltissime sono le applicazioni del microscopio elettronico nel campo della chimica, della mineralogia, della biologia, della medicina ed anche nel campo dell'industria. Esistono microscopi per osservare ingranditi campioni di materiali opachi, quali i metalli e le loro leghe, in cui si utilizzano raggi X. Questa sorgente di raggi X molli, che si distinguono dai raggi X duri perché dotati di una penetrazione meno accentuata, illuminano l'oggetto in esame proiettandone l'ombra su una lastra impressionabile. Tanto maggiore risulterà l'ingrandimento dell'immagine quanto più sarà lontano dalla lastra fotografica. Nelle ricerche mineralogiche o in petrologia si usa un altro tipo di microscopio: il modello polarizzatore che permette di studiare le caratteristiche delle rocce e dei minerali. Questo strumento si avvale di una luce polarizzata, per osservare il diverso comportamento ottico dei minerali. È costituito da un polarizzatore rappresentato da un prisma di Nicol (un romboedro di sfaldatura di spato d'Islanda allungato secondo uno spigolo), oppure da filtri di polarizzazione. I microscopi più usati sono quelli a luce trasmessa o parallela, in cui i raggi luminosi provenienti dalla sorgente attraverso un diaframma a iride passano attraverso il polarizzatore, attraversano il preparato posto su un piatto girevole, e quindi entrano nell'obiettivo. Ciononostante l'uso dei microscopi elettronici è ancora poco diffuso, sia perché complessa e costosa ne è la costruzione, sia perché le immagini da loro fornite possono essere decifrate solo da specialisti, così come tecnici preparati devono essere coloro che li manovrano.

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