Storia del Microscopio Elettronico

Il riferimento al microscopio elettronico che viene fatto da Leonard nell'episodio 6 della 9° stagione di The Big Bang Theory ci lascia intendere come questo strumento solo sia parte dell'immaginario collettivo dell'attrezzatura scientifica, ma anche che esso rappresenti un solido componente all'interno dell'insieme di macchinari ancora in uso tutt'oggi.  Anche altri film come Spiderman e Jurassic Park mostrano scene dove viene utilizzato lo strumento preso in analisi.

Tra i primi produttori del microscopio elettronico fu costruito nel 1938 presso l' Università di Toronto , Canada. Nel 1939 la SIEMENS produsse il primo modello "commerciale" di un microscopio elettronico a trasmissione (TEM).  La Siemens fu fondata nel 1987 come  società di ingegneria elettrica e meccanica  tedesca.   Attualmente le più importanti costruttori del microscopio elettronico troviamo: ZEISS, LEICA,  OLYMPUS, NIKON, etc.

L'obiettivo di questo post è quello di comporre una breve bibliografia dello strumento in esame, un esempio di bibliografie del microscopio elettronico potrebbe essere: (Volumi della biblioteca del museo regionale di scienze naturali, Piemonte) Saggi:    Gino TAROZZI ,   Gli strumenti nella storia e nella filosofia della scienza,  Bologna: Istituto per i beni artistici culturali naturali della Regione Emilia-Romagna, 1983.  Regione Piemonte, Assessorato ai beni culturali e ambientali,  Strumenti ritrovati: materiali della ricerca scientifica in Piemonte tra Settecento e Ottocento,  Torino: 1991.  L. MANDL, J.B. Baillière,  Traité pratique du microscope et de son emploi dans l'étude des corps organisés , Paris - Londres: 1839. Articolo scientifico:  A. Colaianni,  Viaggio nell’infinitamente piccolo: il microscopio elettronico a scansione, in "Saperescienza.it", 9 novembre 2015 (Elisabetta Intini, 2016): Elisabetta INTINI,  Le pr...

Grazie all'invenzione della lente elettromagnetica sviluppata da Hans Busch nel 1926, l' invenzione del microscopio elettronico viene affidata al tedesco  Ernst Ruska  e all' ingegnere elettronico  Max Knoll  nel 1931. Nel 1937 Ernst Ruska e di Bodo von Borries e Helmut Ruska , svilupparono applicazioni del microscopio elettronico, specialmente su campioni biologici.  Nello stesso anno, Manfred von Ardenne  sperimentò il microscopio elettronico a scansione. Solo nel 1938 presso l'Università di Toronto, Eli Franklin Burton e gli studenti Cecil Hall , James Hillier e Albert Prebus , costruirono il primo pratico microscopio elettronico.

Nel tempo sono state potenziate le prestazioni nel mondo della microscopia elettronica, passando dal Microscopio Elettronico a Scansione (SEM) a un Microscopio Elettronico a Trasmissione (TEM).  In un TEM gli elettroni costituiscono il fascio attraversano una sezione dove è stato creato precedentemente il vuoto, per poi passare completamente attraverso il campione. Il SEM è composto fondamentalmente da due parti: la  colonna  (lunga circa 1 metro, al suo interno avviene la generazione e la focalizzazione del fascio elettronico) e la  camera dei campioni . Grazie all’utilizzo di opportuni campi magnetici, il fascio elettronico può essere indirizzato su un punto qualunque della superficie del campione e, quindi, costretto ad eseguire la scansione di una certa porzione di superficie secondo un percorso a linee parallele ed equidistanti. Il microscopio elettronico a trasmissione ( Trasmission Elettron Microscope, TEM ) dirige un fascio di elettroni ad alta tensione vers...

 Dall'infinitamente grande all'infinitamente piccolo La nascita del microscopio fu su suggerita dall' uso del telescopio, fu noto infatti che fu Galileo che lo adattò per osservare gli oggetti da più vicino.  L 'osservazione degli Atomi, indivisibile e minuscola che compone l'universo non è di certo una novità, basti pensare all' atomismo dell'Antica Grecia e al pensiero di Epicuro e Democrito .  Considerando che il microscopio è nato grazie agli studi di ottica messi in atto per osservare cose immensamente lontane, una delle scelte più esplicite di mito moderno ricade su   Star Wars , Episodio 1 - La minaccia fantasma. Vengono citati i midichlorian come ciò che porta la forza all'universo, componenti piccolissime che strutturano la realtà, in un contesto più ampio che parla di infinità dello spazio, un unico strumento per analizzare la composizione del mondo dall'infinitamente grande, all'infinitamente piccolo.

Nel 1655 Robert Hooke coniò la parola “cellula” nell’opera   Micrographia , una collezione di disegni basati sulle sue osservazioni effettuate con un microscopio realizzato dal londinese   Christopher White . I microscopi di Stelluti/Cesi e Hooke, come tutti quelli prodotti nello stesso periodo,  risentivano di problemi legati alla qualità delle lenti : le imperfezioni e l’opacità delle lenti realizzate all’epoca impedivano di ottenere immagini nitide e luminose. Microscopio di van Leeuwenhoek.

In un microscopio elettronico la sorgente degli elettroni è rappresentata da un filamento di tungsteno molto sottile a forma di “V”, la cui differenza di potenziale negativa viene mantenuta tra 30 e 100 kV. Gli elettroni poi passano nel condensatore magnetico attraverso un foro che si trova nell’anodo; il condensatore ha lo scopo di regolare l’intensità stessa della convergenza del fascio di elettroni.  Il fascio elettronico va poi a colpire il campione da osservare, su cui poi subisce la diffrazione. Le parti del campione che provocano una maggiore deviazione della radiazione sono quelle più spesse e più dense, che risulteranno quindi più scure nell’immagine risultante. Per regolare la nitidezza dell’immagine si effettua una regolazione della corrente, più precisamente nell’avvolgimento dell’ obiettivo magnetico . Replicando questa azione sul proiettore si può regolare l’ingrandimento stesso dell’immagine. Schema di un SEM-EDX.

La rivoluzione scientifica del XVI e XVII secolo sancì la nascita della scienza moderna e fu caratterizzata non soltanto dalle numerose scoperte ma anche dai progressi tecnologici che portarono al formarsi di una nuova visione della società e dalla natura. Era il 1024 quando lo studioso De Broglie si basò sul concetto di fotone, che assegnava anche alla luce delle proprietà materiali potevano comportarsi come i fasci di luce, ed essere quindi dotate di proprietà ondulatorie. Così venne denominata una nuova branca dell' ottica , quella elettronica .  Il microscopio elettronico appartiene alla disciplina scientifica dell'ottica, branca dell' elettromagnetismo che affronta i fenomeni ottici, come il comportamento e le proprietà della luce e la sua interazione con la materia.

Componenti del Microscopio elettronico: una sorgente di elettroni , il cui scopo principale è fornire un fascio di elettroni stabile (cannone elettronico); una pompa a vuoto : crea il vuoto nell'apposita camera, nella quale è contenuto il campione, e nel tubo principale, nel quale passa il fascio di elettroni; una lente che svolge la funzione di condensatore magnetico e che serve a indirizzare il fascio di elettroni sul campione che si desidera osservare; una lente magnetica che ha la funzione di obiettivo; un’altra lente magnetica che funge da proiettore e che blocca gli elettroni nel campo ottico del sistema; detector emissione secondaria , un rilevatore che cattura gli elettroni secondari emessi come conseguenza dell'attraversamento del campione da parte degli elettroni primari; un elemento che serve a raccogliere le immagini restituite dal microscopio, che può quindi essere una  lastra fotografica, una pellicola o uno schermo fluorescente .   Tutto il sistema viene mant...