Microscopio

Il microscopio usa una o più lenti per mostrare ciò che è troppo piccolo per l'occhio. Gli strumenti composti, con due lenti in un tubo, comparvero nei Paesi Bassi verso il 1600, e negli anni Settanta del Seicento le minuscole lenti singole di Antoni van Leeuwenhoek mostrarono per la prima volta batteri ed esseri unicellulari.

Che cos’è

Il microscopio mostra dettagli troppo piccoli per l’occhio nudo, da un decimo di millimetro fino a pochi millesimi. Il tipo più semplice, il microscopio semplice, è una sola lente molto forte tenuta vicino all’occhio. Il microscopio composto usa due lenti o gruppi di lenti in un tubo: la prima forma un’immagine ingrandita, la seconda ingrandisce di nuovo quell’immagine.

Lo strumento della tavola è un microscopio composto del tipo messo a punto verso il 1725-1730 dal costruttore londinese Edward Culpeper. Tre gambe curve di ottone su una base di legno reggono il tavolino; altre tre reggono il manicotto in cui il tubo scorre su e giù per la messa a fuoco. Sotto il tavolino, uno specchio concavo raccoglie la luce del giorno o di una candela e la rimanda verso l’alto attraverso il preparato.

Come funziona

Il preparato, spesso una sezione sottile o una goccia di liquido su un vetrino, poggia sopra un foro del tavolino. Lo specchio lo illumina da sotto. Appena sopra il vetrino l’obiettivo, piccolo e molto curvo, forma nel tubo un’immagine reale, ingrandita e capovolta. L’oculare, in alto, funziona come una lente d’ingrandimento su quell’immagine. Nella tavola, una lente di campo posta sotto la lente dell’occhio allarga la zona visibile in un colpo solo.

I due ingrandimenti si moltiplicano. Un obiettivo da dieci e un oculare da dieci danno in tutto cento ingrandimenti. Alzando o abbassando il tubo si mette a fuoco il preparato; ai forti ingrandimenti la profondità nitida è di pochi millesimi di millimetro.

Lo strumento di Leeuwenhoek visto di lato: la vite lunga alza e abbassa la punta portaoggetti, quella corta la avvicina o la allontana dalla lente.

Ingrandire di più non sempre fa vedere di più. Le prime lenti deviavano ogni colore in modo leggermente diverso e circondavano l’immagine di frange colorate. Joseph Jackson Lister risolse in gran parte il problema verso il 1830 con obiettivi che univano due tipi di vetro. Più avanti nel secolo Ernst Abbe, che lavorava con la ditta Zeiss a Jena, mostrò che la natura ondulatoria della luce pone essa stessa un limite: un microscopio ottico tradizionale non separa due punti molto più vicini di circa 0,2 µm, all’incirca metà della lunghezza d’onda della luce visibile; il valore esatto dipende dal colore della luce e dall’apertura dell’obiettivo. Per vedere più in piccolo servono i microscopi elettronici o speciali metodi a fluorescenza.

Come costruirlo

Un microscopio a lente singola del tipo di Leeuwenhoek è alla portata di un dilettante accurato e può arrivare a cento ingrandimenti o più.

Fare la lente. La soluzione più semplice è una sfera di vetro o di zaffiro di 2-3 mm, di quelle vendute per l’ottica o per gli accoppiatori di fibre. Una sfera di vetro comune di 2 mm ha una distanza focale di circa 1,5 mm, misurata dal centro, e ingrandisce circa 150 volte. Il preparato deve stare ad appena mezzo millimetro dalla superficie del vetro. Leeuwenhoek ricavava lenti anche fondendo il vetro; scaldare la punta di una bacchetta sottile di vetro finché non si forma una perla tonda funziona, ma richiede una fiamma a gas ed è meglio lasciarlo a chi ha imparato a lavorare il vetro alla lampada.

Montarla. In due sottili strisce di ottone o di alluminio di circa 5 × 2,5 cm praticare un foro di circa metà del diametro della sfera, che fa da diaframma ed esclude il bordo sfocato della lente. Svasare ogni foro dal lato interno perché la sfera vi si alloggi, chiudere la lente fra le strisce e unirle con ribattini o bulloni vicino ai bordi. Togliere tutte le bave e arrotondare gli spigoli.

Aggiungere il portaoggetti. Fissare dietro la piastra un piccolo blocco montato su una lunga vite che attraversa una squadretta, così che girando la vite il blocco salga o scenda. Al blocco fissare una punta, o un vetrino coprioggetto con i bordi rifiniti, che tenga il preparato appena dietro la lente, e una seconda vite che attraversi il blocco e prema sulla piastra, per regolare la distanza. Usate filettature fini: il preparato va portato a meno di mezzo millimetro dalla lente e spostato di centesimi di millimetro.

Una goccia d’acqua di stagno vista a circa cento ingrandimenti: parameci, una colonia di Volvox, diatomee e un’alga verde.

Usarlo. Avvicinare la lente all’occhio senza toccarlo, con il preparato dall’altra parte, e guardare verso una luce intensa e diffusa, una parete bianca o un cielo coperto. Una goccia d’acqua di stagno su un vetrino coprioggetto mostra protozoi e alghe in movimento.

Sicurezza. Non puntate mai un microscopio o il suo specchio verso il Sole: la luce solare concentrata può danneggiare l’occhio in modo permanente in un istante. Il vetro caldo sembra freddo: lasciate raffreddare perle e bacchette su un piano resistente al calore e tenete le fiamme lontane da tutto ciò che brucia. Indossate occhiali protettivi quando forate il metallo. L’acqua di stagno non è pulita: lavatevi le mani dopo averla toccata.

Storia ed evoluzione

Alcuni occhialai dei Paesi Bassi furono i primi a mettere due lenti in un tubo, tra il 1590 e il 1620 circa. Racconti successivi attribuirono l’invenzione a Zacharias Janssen di Middelburg, ma si basano soprattutto su dichiarazioni del figlio rese decenni dopo; anche Cornelis Drebbel e altri costruirono strumenti simili. Nel 1624 Galileo mandò uno dei suoi «occhialini» a Federico Cesi, e l’anno dopo Johannes Faber, membro dell’Accademia dei Lincei fondata da Cesi, propose di chiamarlo microscopio.

Il microscopio di Hooke, anni Sessanta del Seicento: un globo pieno d’acqua concentra sul campione la luce di una lucerna a olio.

La Micrographia di Robert Hooke, pubblicata dalla Royal Society nel 1665, rese famoso il microscopio composto. Le sue trentotto incisioni mostravano una pulce, un pidocchio e una sottile fetta di sughero, i cui scomparti vuoti Hooke chiamò cellule. A Delft il mercante di tessuti Antoni van Leeuwenhoek vide dettagli più fini con una sola lente. Costruì diverse centinaia di piccoli microscopi, alcuni oltre i 250 ingrandimenti, e dal 1673 mandò alla Royal Society lettere in cui descriveva globuli del sangue, spermatozoi e folle di «animaletti». In una lettera del 1676 sull’acqua in cui aveva lasciato macerare del pepe descrisse organismi che oggi sappiamo essere batteri, i primi mai visti, e nel 1683 ne trovò di simili nel tartaro dei suoi denti.

Il microscopio composto superò davvero la lente semplice solo nell’Ottocento, quando gli obiettivi acromatici di Lister e la teoria di Abbe ne fecero uno strumento di laboratorio preciso. I microscopi elettronici, costruiti dagli anni Trenta del Novecento, vedono molto al di sotto del limite della luce, e dagli anni Novanta alcuni metodi a fluorescenza permettono anche ai microscopi ottici di superarlo.