Geschiedenis van de microscoop

Ontwikkeling van optische microscopen

Aan het eind van de 17e eeuw maakte Antoine van Leeuwenhoek een eenvoudige microscoop met één lens. Die nieuwe uitvinding leek qua structuur op een moderne loep, maar het verschil was dat die microscoop meer dan 200 maal kon vergroten. Met deze nieuwe microscoop kon Leeuwenhoek micro-organismen en spermatozoïden ontdekken.

Rond diezelfde tijd maakte de Engelsman Robert Hooke een samengestelde microscoop met twee lenzen, een objectief en een oculair. Hooke bekeek met die microscoop kurkweefsel en noemde dat cellen omdat het leek op de kleine cellen van een honingraat. Zo bedacht hij de biologische term cel.

In die tijd had het combineren van twee lenzen een negatief effect op de nauwkeurigheid, mede door de aberratie van de lenzen, waardoor de resolutie lager was dan bij een eenvoudige microscoop.

In de 19e eeuw werd de resolutie van de microscoop drastisch verbeterd door verschillende aanpassingen. Aberratiecorrectie werd toegepast door het gebruik van betere lenzen of combinaties van lenzen en werd ondersteund door Duitse bedrijven als Zeiss en Leitz, die de grootste bijdrage leverden. De Duitser Ernst Abbe zorgde voor theoretische en technische innovaties op het gebied van de microscoop en kan worden gezien als de grondlegger van de moderne optische microscoop.

Ondanks deze belangrijke verbeteringen in de microscopie ontdekte de 19e-eeuwse onderzoeker George Airy dat er op basis van de aard van het licht er grenzen zaten aan de resolutie. Kort daarna introduceerde Ernst Abbe het begrip numerieke apertuur en bewees dat microscopische monsters onder zichtbaar licht slechts tot 200 nm konden worden opgelost, ongeacht de werking van de lens, wat een nieuwe uitdaging vormde op het gebied van vergrote waarnemingen.

Ontwikkeling van de elektronenmicroscoop

Röntgenstralen en het elektron werden achtereenvolgens aan het eind van de 19e eeuw ontdekt en de theorie van de elektronenlens werd eind jaren twintig geïntroduceerd. De ontwikkeling van microscopen met een hogere resolutie in het begin van de 20e eeuw is een gevolg van het gebruik van deze kortegolflengtebundels als lichtbron. De transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) werd begin jaren dertig uitgevonden door Ernst Ruska uit Duitsland, en de eerste commerciële TEM werd in 1939 ontwikkeld door Siemens. De ontwikkeling van de rasterelektronenmicroscoop (SEM) begon rond dezelfde tijd als die van de TEM. Vervolgens werd aan het eind van de jaren 1930 de scanning transmissie-elektronenmicroscoop (STEM) ontwikkeld door Manfred Ardenne, gevolgd door de ontwikkeling van het prototype van de moderne SEM door Vladimir Zworykin begin jaren 40 van de vorige eeuw. De SEM van Zworykin had echter een lage resolutie, zodat de ontwikkeling van de SEM in de jaren 1950 werd voortgezet via projecten in het laboratorium van Charles Oatley aan de Universiteit van Cambridge, wat leidde tot de eerste commerciële SEM die in 1965 door Cambridge Instruments werd geproduceerd.

Elektronenmicroscopen overtroffen de beperkingen van optische microscopen en verbeterden de resolutie daardoor drastisch, zodat objecten zo klein als een atoom konden worden waargenomen.

Naast verbeteringen op het gebied van de resolutie wordt de elektronenmicroscoop nog steeds verder verbeterd. Een van die verbeteringen is het ontwikkelen van de omgevings-rasterelektronenmicroscoop die de monsterkamer op een laag vacuüm houdt voor het waarnemen van monsters die vocht bevatten.