Con il termine microscopio si intende un particolare strumento dotato di un sistema di lenti e obiettivi che, sfruttando la lunghezza d’onda della luce, consente di osservare -attraverso immagini ingrandite – oggetti molto piccoli e altrimenti invisibili all’occhio umano. I microscopi sono strumenti molto complessi che solitamente vengono utilizzati in ambito scientifico, di studio e di ricerca e possono essere suddivisi in tre grandi tipologie:
- Microscopi biologici
- Microscopi stereoscopici
- Microscopi elettronici
Ciascuna tipologia di microscopio ha caratteristiche ed utilizzi diversi, non tutti i microscopi possono essere utilizzati per l’osservazione di tutti i tipi di campioni.
I microscopi hanno una struttura ben precisa e sono costituiti da tre parti fondamentali: lo stativo, ovvero la struttura stessa del microscopio, dove sono collocati tutti gli elementi che compongono l’apparecchio; il sistema di illuminazione e il sistema ottico. Sulla parte superiore dello stativo, che viene denominata testa, si trovano gli oculari e gli obiettivi, i due elementi fondamentali del sistema ottico. La parte centrale è occupata principalmente dal tavolino, ovvero, la parte su cui si poggiano i vetrini con il preparato da analizzare detti provini o campioni.
Il tavolino è dotato di una serie di levette e manopole che aiutano a fissare, muovere e in generale gestire i vetrini. Al centro del tavolino c’è un foro attraverso il quale passa il fascio di luce necessario per illuminare il campione da osservare.
Sotto al tavolino è collocato il condensatore che fa parte del sistema di illuminazione. Alla base dello stativo, infine, troviamo il portafiltri, le manopole per la messa a fuoco e tutti i pulsanti e le levette per i comandi.
Con il termine microscopio biologico si indica una particolare tipologia di microscopi utilizzata per l’osservazione scientifica di campioni a livello molecolare. I microscopi biologici si classificano in base al numero di ingrandimenti che consentono di effettuare, ovvero, in base a quante volte si riesce ad ingrandire un determinato campione (da un minimo di 40 ad un massimo di 2000), rispetto alla sua grandezza originale. Questa particolare tipologia utilizza un sistema di retroilluminazione.
I microscopi biologici sono utilizzati per l’osservazione di microrganismi di vario tipo, campioni biologici, sezioni vegetali, molecole, ecc. Trovano ampio utilizzo in ambito scientifico e medico.
I microscopi stereoscopici sono noti anche come “ingranditori” poiché sono equipaggiati con lenti ad alto ingrandimento che consentono l’osservazione ingrandita di un campione tridimensionale. Rispetto ai microscopi biologici non consentono l’osservazione molecolare dei campioni.
Questa tipologia di microscopi possono ingrandire da un minimo di 5 ad un massimo di 200 volte i campioni da osservare che appaiono in tre dimensioni, proprio come nella realtà.
Gli strumenti stereoscopici sono utilizzati per l’osservazione di minerali, piante, fossili, componenti meccanici e schede elettroniche.
I microscopi elettronici sono così chiamati perché utilizzano un fascio di elettroni – e non la luce – per l’osservazione e l’ingrandimento dei campioni, consentendo di raggiungere altissimi livelli di risoluzione dell’immagine. Un particolare cannone elettronico ha il compito di indirizzare il fascio di elettroni sul campione da analizzare.
I microscopi che sfruttando la lunghezza d’onda della luce per ingrandire gli oggetti sono detti microscopi ottici. Fanno parte di questo gruppo i microscopi biologici e stereoscopici. I microscopi che sfruttano gli elettroni per l’ingrandimento dei campioni, invece sono detti microscopi elettronici.
Questi microscopi vengono utilizzati quando è richiesta la massima precisione, poiché offrono migliori risultati in termini di risoluzione dell’immagine rispetto alle altre due tipologie di microscopi. Hanno, però, un costo maggiore e richiedono una approfondita conoscenza della microscopia.
Il potere di risoluzione è la capacità di un microscopio di distinguere in maniera netta due punti molto vicini tra loro e che ad occhio nudo sembrano uniti. Si tratta di una delle caratteristiche principali di uno strumento di questo genere, destinato all’osservazione di campioni molto piccoli. Il potere di risoluzione è inversamente proporzionale alla lunghezza d’onda della luce usata per illuminare il campione: minore è la lunghezza d’onda, maggiore sarà la risoluzione dell’immagine ottenuta durante l’osservazione. La risoluzione massima che si può ottenere con un microscopio biologico è di 0,2 micron (limite di risoluzione teorico), al di sotto di questo valore i due punti risulteranno uniti e non sarà possibile distinguerli.
Più un microscopio si avvicina al limite di risoluzione teorico e maggiore sarà la risoluzione e la nitidezza dell’immagine restituita del microscopio. Attualmente non esistono microscopi in grado di andare al di sotto dei 0,2 micron.
Un microscopio può avere due diverse tipologie di messa a fuoco: macrometrica e micrometrica. La prima messa a fuoco è per le osservazioni più superficiali, mentre la seconda è per uno studio più approfondito del campione. Due diverse manopole presenti sullo stativo del microscopio aiutano a regolare il livello di messa a fuoco nel corso dell’osservazione, in base alle esigenze del momento.
Il sistema ottico è una delle parti fondamentali del microscopio, insieme al sistema di illuminazione e allo stativo. Il sistema ottico è dato dall’insieme di oculari e obiettivi, la cui azione combinata consente di osservare in maniera ingrandita i campioni. Per poter funzionare, il sistema ottico deve essere supportato dal sistema di illuminazione che consente di indirizzare il fascio di luce direttamente sul vetrino con il campione da osservare.
Un accessorio importante che va a completare il sistema ottico è il revolver. Il revolver consente di cambiare automaticamente l’obiettivo con cui si sta osservando un determinato campione, senza dove smontare o rimontare le lenti. Grazie al revolver, infatti, e sufficiente ruotare la parte del supporto su cui sono montati gli obiettivi.
Gli oculari sono degli elementi di forma cilindrica situati sulla testa del microscopio e dotati di lenti per l’osservazione del campione. Hanno la funzione di consentire a chi osserva di poggiare gli occhi per guardare il campione. Si tratta di elementi fondamentali poiché di fatto consentono l’osservazione dei campioni ingranditi. Sono composti da due lenti che possono ingrandire da un minimo di 3 ad un massimo di 20 volte i campioni (capacità di ingrandimento). Gli oculari lavorano in sinergia con gli obiettivi, di conseguenza per stabilire la capacità totale di ingrandimenti del microscopio bisogna tenere conto anche della capacità di ingrandimento di questi ultimi (ingrandimento totale).
Un buon microscopio dovrebbe consentire di regolare la distanza tra gli oculari in base alla distanza tra gli occhi dell’osservatore, poiché quest’ultima varia da persona a persona. Dovrebbe, inoltre, montare oculari con regolazione diottrica in modo da poter modificare le diottrie delle lenti, per consentire anche a chi ha problemi di vista di poter osservare in maniera precisa i campioni.
La capacità di ingrandimento di un oculare e indicata sulla parte esterna del cilindro. Un buon oculare non dovrebbe mai avere una capacità di ingrandimento inferiore a 10x. I microscopi possono essere monoculari, binoculari o trinoculari a seconda del numero di oculari di cui sono provvisti: uno, due o tre.
I microscopi dotati di un unico oculare sono indicati per un uso amatoriale e hobbistico. I modelli binoculari sono i più diffusi in ambito medico e scientifico. I microscopi trinoculari sono i più sofisticati dal punto di vista tecnologico. Il terzo oculare è utilizzato come macchina fotografica e/o videocamera.
In estrema sintesi, gli obiettivi sono le lenti con cui si osservano i campioni. Possono essere composti da due o più lenti e possono essere a secco o a immersione. Gli obiettivi a secco non necessitano dell’aggiunta di nessun tipo di liquido tra la lente e il campione da osservare a differenza di quelli a immersione necessitano dell’aggiunta di olio di cedro o olio sintetico. Gli obiettivi si classificano in base al numero di ingradimenti che consentono (da 10 a 100), valore riportato sulla parte esterna del bussolotto insieme all’apertura numerica (A.N.) che indica la risoluzione dell’obiettivo.
La maggior parte dei microscopi possiede tre obiettivi, ma si possono trovare anche modelli con due o con quattro obiettivi a seconda delle esigenze e delle necessità.
Il numero di ingrandimenti totali è il valore che si ottiene moltiplicando il numero di ingrandimenti degli oculari con quello degli obiettivi. Tale valore indica il numero reale di volte che viene ingrandito il campione osservato. Facciamo un esempio: se il nostro microscopio monta oculari 10x (l’oggetto osservato è ingrandito 10 volte) e obiettivi 40x, il numero di ingradimenti totali sarà 400, ovvero, potremo osservare il nostro campione con una grandezza 400 volte superiore alle sue dimensioni originali.
Il numero minimo di ingradimenti di un buon microscopio deve essere almeno 20. Il numero massimo di ingradimenti consentito al momento con gli strumenti ottici a nostra disposizione è di 2000. La stragrande maggioranza dei microscopi, però, si attesta sui 400 ingrandimenti che poi è il numero di ingrandimenti necessari per l’osservazione di campioni a livello cellulare. Per gli studi biologici, invece, è necessario che il microscopio arrivi ad ingrandire il campione di almeno 1000 volte le sue dimensioni originali.
Le lenti degli obiettivi dei microscopi devono essere rigorosamente in vetro e non in plastica per garantire il massimo della precisione in fase di osservazione del provino. Le lenti in vetro degli obiettivi, inoltre, devono consentire di correggere le aberrazioni ottiche, ovvero, le distorsioni nella restituzione dell’immagine che si creano durante il passaggio della luce attraverso le lenti
Il condensatore è un particolare strumento del sistema di illuminazione del microscopio che consente di indirizzare il fascio di luce direttamente sul campione da osservare. È costituito da un sistema di lenti e da un diaframma a iride che consente di modulare l’entità del fascio di luce, allargando o restringendo il foro di passaggio della luce. La presenza di una cremagliera, inoltre, consente di modificare la distanza tra il fascio di luce e il vetrino contenente il preparato da osservare, avvicinandolo o distanziandolo.
I microscopi ottici devono essere sempre retroilluminati e montare lampade a led a luce rigorosamente bianca. Il colore della luce, infatti, viene poi modificato se necessario con appositi filtri colorati. I microscopi ottici devono essere dotati di un sistema per la regolazione dell’intensità del fascio di luce. Alcuni modelli sono equipaggiati anche con un diaframma di campo per l’illuminazione di Kohler.
A determinare il colore del campo di osservazione di un campione è la direzione di origine del fascio di luce che lo colpisce. Il campo è quindi determinato dal condensatore, poiché è quest’ultimo che ha il compito di indirizzare il fascio di luce verso un determinato punto del tavolino su cui è sistemato il vetrino. Se il fascio di luce colpisce il provino illuminandolo dal basso, si parla di campo chiaro, se invece, il fascio di luce è laterale, si ottiene un campo scuro. Il campo chiaro di solito e richiesto per l’osservazione di campioni in trasparenza, quando cioè è necessario ricostruire la struttura del campione osservato. Il campo scuro, invece, serve per evidenziare solo alcuni particolari del campione che emergono dal campo poiché risultano più chiari. Il campo scuro e utilissimo per l’osservazione di campioni biologici.
Certo. Gli oculari dei microscopi devono essere dotati di un sistema di regolazione diottrica per consentire di regolare le diottrie delle lenti presenti nell’oculare. I microscopi, infatti, vanno utilizzati senza occhiali, quindi è necessario poter correggere la gradazione delle lenti per consentire a chi ha problemi di vista di poter utilizzare comunque l’apparecchio.
Con il termine stativo si indica la struttura del microscopio che può essere realizzata con diversi materiali. Lo stativo e composto essenzialmente dai seguenti elementi: la testa del microscopio, il tavolino porta campioni, il porta filtri e la base. Sullo stativo si trovano tutte le manopole e i pulsanti necessari per il funzionamento del microscopio.
La maggior parte dei microscopi biologici moderni sono progettati per essere integrati con macchine fotografiche digitali e videocamere. I modelli di fascia alta dispongono di un terzo obiettivo centrale con fotocamera incorporata che consente di osservare e fotografare il campione nello stesso momento. Alcuni modelli dispongono anche di videocamere incorporate che consentono di realizzare filmati ad alta definizione (1,3megapixels) dei campioni osservati.
I microscopi moderni sono progettati per interagire con altri dispositivi tecnologici, possono quindi essere collegati direttamente al computer e/o alla stampante fotografica e alcuni modelli sostituiscono addirittura gli oculari con uno schermo LCD da cui poter osservare le immagini dell campione.
La polvere è una delle principali nemiche dei microscopi, ragion per cui questa tipologia di strumenti andrebbe spolverata e pulita dopo ogni utilizzo, prima di metterlo via. Periodicamente, inoltre, occorre pulire i componenti del sistema ottico (oculari e obiettivi), il condensatore e il tavolino. Le lenti degli obiettivi e degli oculari vanno puliti con un panno morbido o con delle cartine per microscopia, procedendo con delicatezza per evitare di graffiare le lenti.
Nel caso degli obiettivi a immersione, e necessario pulire le lenti dai residui di olio prima di riporre lo strumento. Per eliminare le tracce del liquido di immersione, si può utilizzare del cotone idrofilo imbevuto di alcool etilico.
Per eliminare, invece, la polvere dal condensatore e dal tavolino bisogna spolverare delicatamente con un pennellino a setole morbidissime. In alternativa si possono soffiare piccoli spruzzi di aria con una pompetta in gomma, di quelle che si vendono in farmacia per i clisteri. È molto importante eliminare tutta la polvere dal foro presente sul tavolino, poiché è da lì che passa il fascio di luce che serve per illuminare i campioni.
Il campione da osservare, detto anche provino o preparato, deve essere ridotto in una lastra sottile e posizionato sul vetrino. Il provino viene posto sul tavolino, dove viene illuminato dal basso (campo chiaro) o lateralmente (campo scuro). In alcuni casi tra il provino e l’obiettivo viene aggiunto una sostanza liquida (olio di cedro o olio vegetale) che aiuta a migliorare la risoluzione dell’immagine, in questo caso si parla di obiettivi ad immersione.
In commercio si possono trovare microscopi di diverse fasce di prezzo, da quelli per uso amatoriale, fino a quelli ultra-tecnologici e destinati a scopi scientifici. Quando si acquista un microscopio, bisogna valutare con attenzione alcuni elementi che determinano non solo il prezzo, ma anche il valore dello strumento. Tra i fattori da prendere in considerazione quando si acquista un microscopio ci sono:
- Numero di oculari
- Potenza di risoluzione
- Numero di ingrandimenti totali
- Numero e qualità degli obiettivi
- Possibilità di interazione con altri dispositivi tecnologici
Un altro elemento da valutare, infine, è la qualità del kit di accessori in dotazione che deve essere completo di vetrini, filtri, liquidi per la preparazione dei provini, ecc. In caso contrario dovrete acquistare a parte tutto l’occorrente per utilizzare il microscopio.
Prima di procedere con l’acquisto di un microscopio, bisogna valutare con attenzione il tipo di apparecchio di cui si necessita. Per un uso amatoriale può andare bene anche un modello di fascia medio-bassa, facile da utilizzare. Se, invece, vi occorre per motivi di lavoro o di studio, bisogna orientarsi verso un modello di fascia alta, con almeno due oculari e tre obiettivi.
