Wanneer Is De Microscoop Uitgevonden?

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.

antoni van leeuwenhoek

in 1632 werd antoni van leeuwenhoek geboren in delft. hij was één van de zeven kinderen van philips thonisz, een mandenmaker, en grietje van den berch die kwam uit een familie van lakenhandelaren en brouwers.

antoni van leeuwenhoek is de ontdekker van de bacterie en de zaadcel en ontrafelde op haarvaatjes-niveau de bloedsomloop. hij beschreef in vele publicaties voor het eerst talloze micro-organismen, waardoor hij terecht de vader van de microbiologie genoemd mag worden. toch was daar in de eerste helft van zijn leven nog geen enkel teken van dat hij zich daar mee bezig ging houden. hij was een laatbloeier die zich pas vanaf zijn veertigste stortte op het microscopische leven.

1. op zijn 22e keert antoni terug naar delft (1654) en trouwt met de 25 jarige barbara de mey.
2. hij begint een zaak in stoffen en manufacturen.
3. in 1668 gaat hij per postboot naar engeland en londen.
4. de witte kalkkusten imponeren en hij bekijkt waarschijnlijk stukjes kalk met een loepje.
5. dit is het begin van zijn tweede leven als grondlegger van de microbiologie wanneer hij zijn zelfgemaakte lenzen op andere zaken gaat richten.

in 1666 overlijdt zijn vrouw. van leeuwenhoek gaat microscopen maken en begint zijn microscopische onderzoekingen, mogelijk geïnspireerd door het prachtig geïllustreerde boek micrographia van robert hooke. in 1672 hertrouwt hij met cornelia swalmius en komt daarmee in een academisch milieu. hij maakt kennis met stadgenoot en medicus reinier de graaf en de gezaghebbende constantijn huygens(sr). deze zijn zeer onder de indruk van zijn waarnemingen en introduceren hem bij de londense royal society.

de microscopen van van leeuwenhoek

wat was het geheim van van leeuwenhoek? zijn microscopen waren superieur! minuscule glazen lensjes geklemd tussen twee metalen plaatjes. hij maakte er meer dan 500 en zag met zijn scherpe ogen wat anderen niet of nauwelijks konden zien. ‘uyt drift van weetgierigheyt’ onderzocht hij alles wat los en vast zat.

van de 12 microscopen die bewaard zijn

vergoot de zwakste 68x en de sterkste 266x.

mogelijk

had van leeuwenhoek nog sterkere lenzen.

hij drukte de grootte van wat hij met zijn microscopen zag uit

in zandkorrels, gierst en haarbreedte.

hij rekent uit

dat 110 miljoen animalcules (bacteriën) bij elkaar even groot zijn als één zandkorrel.

antoni van leeuwenhoek raakte als lakenhandelaar bekend met het gebruik van vergrootglazen die hij gebruikte om de kwaliteit van de stof en de dichtheid van het weefsel te controleren. op den duur begon hij zijn eigen lenzen te slijpen en polijsten. rond 1670 ontwikkelde hij de enkelvoudige microscoop, die vele malen sterker kon vergroten dan de samengestelde microscopen uit die tijd.

het ontwerp van van leeuwenhoeks microscopen is relatief eenvoudig: een klein glazen lensje dat tussen twee metalen plaatjes is geklonken. het preparaat zat op een pinnetje dat met schroefjes op en neer en dichterbij of verder van de lens kon bewegen. zo stelde je scherp.

• maar waar microscopen van tijdgenoten een vergroting van rond de dertig maal bereikten, maakte van leeuwenhoek microscopen die veel krachtiger waren.
• de meeste van van leeuwenhoeks microscopen vergrootten zo’n tachtig maal, maar er waren ook uitschieters bij met een vergrotingsfactor van 250, wat fenomenaal was voor die tijd.
• onderzoek door het reactor instituut van de technische universiteit delft wees een aantal jaren geleden uit dat er geen twijfel over bestaat: in een van leeuwenhoek microscoop zit niet een geblazen maar een geslepen lens.
• er was dus geen exotische productiemethode, maar van leeuwenhoek was simpelweg bijzonder bedreven in het slijpen van zijn minuscule lenzen.

antoni van leeuwenhoek en zijn micro-organismen

“…bij geval dit water observerende, heb ik daer in met groote verwondering gesien, ongelooflijk veel seer kleijne diertgens, van verscheijde soorten….”

wanneer zag van leeuwenhoek voor het eerst bacteriën? in 1674 bekeek van leeuwenhoek een druppel water uit de berkelse meren. hier heeft hij naar alle waarschijnlijkheid cyanobacteriën (blauwwieren) gezien: dolichospermum, die er als gekronkelde draadalgen uitzien.

• in 1676 bekeek hij peperwater, waar hij, naast enkele protozoa-soorten de zeer kleine diertjes zag die met een miljoen nog geen grof zandkorreltje zouden vullen: bacteriën!
• zijn meest bekende tekeningen van tandplak bacteriën werden gepubliceerd in de philosophical transactions van september 1683: van leeuwenhoek’s roem als grondlegger der microbiologie was vereeuwigd.
• van leeuwenhoek kon door zijn bijzondere slijpwijze dus velen malen meer zien dan zijn tijdgenoten.
• door zijn lenzen zag hij voor het eerst zaadcellen, bloedlichaampjes en ‘kleine dierkens’, ofwel bacteriën.

wat van leeuwenhoek zag onder zijn apparaat was zo opzienbarend dat hij via een bevriende anatoom contact zocht met de wetenschappelijke wereld om zijn bevindingen te publiceren. het overgrote deel van zijn waarnemingen heeft van leeuwenhoek vastgelegd in brieven aan de royal society, de britse academie voor wetenschap in londen.

van leeuwenhoek correspondeerde tussen 1670 en 1720 met wetenschappers van de royal society en stuurde als bewijs diverse preparaten mee samen met tekeningen van kunstenaars en een omschrijving om de wetenschappers van de royal society te leiden bij het observeren van het preparaat in londen. deze preparaten zijn de oudst bewaard gebleven voorwerpen die ooit door een microscoop zijn gezien. dankzij de publicatie van de meeste van zijn ontdekkingen in het toptijdschrift philosophical transactions werd hij wereldberoemd. zijn systematische en uitgebreide onderzoek maken hem tot de grondlegger van de microbiologie.

antoni van leeuwenhoek en zijn zaaddiertgens

van leeuwenhoek heeft in een tijdbestek van 46 jaar onderzoek gedaan aan ‘zaaddiertkens’, sperma cellen van een groot aantal soorten dieren, waaronder de vlo, en die van de mens. aanvankelijk zag hij niet veel in een (oud) preparaat, maar door de filosofie student uit leiden, johan ham, werd hij op het goede spoor gezet.

1. in zijn beroemde zaadbrief beschrijft van leeuwenhoek nauwkeurig het aantal (hij berekende dat in het hom vocht van de kabeljauw wel 150 miljard zaadcellen zitten) en uiterlijk van zaadcellen.
2. helaas werden deze bevindingen pas in 1677 en een vervolg in 1678 gepubliceerd, dat was te laat voor een primeur.
3. er was veel concurrentie, hartsoeker was hem voor en publiceerde net eerder hierover in journal des sçavans.

toen antoni in 1688 net uitgekomen kikkervisjes voor zijn microscoop stelt, was al wat bekend over bloedsomloop, maar wat bloed precies was wist men niet. tot zijn grote vreugde zag hij duidelijk in de kieuwen de ommeloop van het bloet. het bloed stroomde niet geleidelijk maar met pulsen op het ritme van het hart.

hij zag in heldere vloeistof ‘globulen, deeltgens van het bloet, die het selvige root maken. deze deeltgens waren wel 25.000 maal kleiner dan een santje’. zijn berekening kwam heel dicht in de buurt van de werkelijke 7.2 micrometer van rode bloedcellen. hij maakte ook de zogenaamde ‘aalkijker’. zo bestudeerde hij in veel dieren het bloed en de bloedsomloop, zijn hele verdere leven lang vrijwel tot zijn dood op 26 augustus 1723. hij zag als eerste bloedcellen en later ook als eerste haarvaten die de verbinding vormden tussen slagaderen en aderen.

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.