Nella storia dell’umanità, pochi strumenti hanno avuto un impatto così profondo sulla nostra comprensione del mondo quanto il microscopio. Uno straordinario dispositivo ottico con la capacità di ingrandire gli oggetti al di là dei limiti della percezione umana.
In questo articolo seguiremo le tappe cruciali di questo straordinario strumento scientifico, scoprendo come il microscopio abbia rivoluzionato la nostra comprensione del mondo e aperto nuove frontiere nella ricerca.
L’invenzione del microscopio
Il primo microscopio ottico nasce nel 1590 in Olanda, nella bottega di Zacharias Jansen e suo padre Hans, due fabbricanti di lenti che costruirono un rudimentale dispositivo ottico composto da lenti convessi montate su un tubo di legno.
Il vero punto di svolta si ebbe quando, nel XVII secolo, sia Antonie van Leeuwenhoek che Robert Hooke perfezionarono il concetto di microscopio. Van Leeuwenhoek, utilizzando minuscole lenti sferiche, fu il primo a osservare e descrivere con precisione batteri, protozoi e altre forme di vita microscopiche, aprendo la strada alla nascita della microbiologia. Nel frattempo, Hooke, con il suo microscopio composto da lenti multiple, rivelò la struttura cellulare delle piante e degli organismi animali, svelando un mondo di complessità nascosto agli occhi umani.
Da allora il microscopio ha continuato ad essere perfezionato, arrivando a ottenere lenti in grado di correggere sempre più aberrazioni ottiche, che inficiavano l’osservazione, permettendo ingrandimenti maggiori e più precisi.
La rivoluzione del microscopio elettronico
Negli anni ’30 vide la luce il microscopio elettronico che, a differenza del dispositivo ottico che sfrutta un fascio di luce, utilizza un fascio di elettroni che colpisce l’oggetto da osservare per poi ricostruirne l’immagine.
A causa delle limitazioni nel potere risolutivo derivanti dalla natura fisica delle lenti in vetro, si è cercato di superare questo ostacolo adottando lenti magnetiche. Queste lenti consentono il passaggio di lunghezze d’onda più corte, migliorando così la risoluzione dei dettagli. Ciò è particolarmente utile per esplorare la natura intrinseca degli oggetti osservati e rivelare la presenza di agenti patogeni come i virus, i quali in passato potevano essere solo supposti e che ancora oggi sfuggono all’osservazione con il microscopio ottico tradizionale.
Il microscopio elettronico ha continuato a evolversi nel corso degli anni, e una tecnica in particolare si è dimostrata così rivoluzionaria da meritare il Premio Nobel per la Chimica nel 2017. Parliamo della microscopia elettronica criogenica a trasmissione (Cryo-TEM), che combina una sofisticata preparazione dei campioni con l’uso di un potente microscopio elettronico e un software avanzato per l’analisi delle immagini.
La scoperta di Jacques Dubochet, Joachim Frank e Richard Henderson ha consentito di visualizzare ogni singola struttura con una risoluzione di pochi miliardesimi di metro, consentendo agli scienziati di esplorare la materia atomo per atomo e ottenere la struttura tridimensionale di macromolecole biologiche come il DNA, l’RNA e le proteine.
La tecnica della microscopia crioelettronica ha anche reso possibile l’osservazione di strutture fragili che altrimenti sarebbero state danneggiate dall’impatto degli elettroni. Nel 2017, ad esempio, il Cryo-TEM è stato utilizzato con successo per ricostruire la struttura tridimensionale completa del virus Zika.
Qual è il futuro della microscopia?
La ricerca nel campo della microscopia è variegata, con numerosi aspetti suscettibili di miglioramento oltre al semplice potenziamento del potere risolutivo. Tra le sfide più rilevanti:
- Nuove tipologie di coloranti e vetrini di calibrazione, che permettono di migliorare la definizione e l’acquisizione delle immagini.
- Migliori tecniche per evitare i danni ai campioni sensibili mantenendo la possibilità di interagirvi.
- Introduzione di automazioni e intelligenza artificiale per migliorare le capacità dei microscopi.
L’intelligenza artificiale, in particolare, rappresenta l’ultima frontiera nel mondo della microscopia, con i produttori che continuano a implementare e perfezionare sistemi di IA e automazione nei loro microscopi. Ciò consente di ottenere immagini più rapide, ridurre i tempi di preparazione dei campioni e introdurre nuove funzionalità.
Il mondo della microscopia è vasto e complesso, e in questo articolo abbiamo fornito solo una panoramica generale su uno degli strumenti più significativi nella storia della ricerca scientifica.
