11 giugno 2018

Conclusione

Il brevetto (US2220973) da me analizzato è il microscopio elettronico inventato da L. Marton nel 1939.

Ladislaus Marton (1901 - 1979) fu un ricercatore fisico presso la RCA Manufacturing Company e professore associato di ottica elettronica presso l'Università di Stanford.

Il microscopio (dal greco: μικρόν "piccolo" e σκοπεύω "vedere") è comparso per la prima volta nel XVI secolo ed ha subito numerose modifiche, fino ad arrivare al microscopio elettronico (introduzione).

Disegno originale del microscopio
elettronico di L. Marton
Lo strumento funziona grazie ad una camera a vuoto ed un recipiente contenente un refrigerante usato per congelare il campione da analizzare. Quest'ultimo è posizionato su un disco capace di spostamenti sia laterali (utili per visualizzare altre parti del campione) sia verticali (per la messa a fuoco) grazie a stantuffi e manopole di regolazione.
Per ottenere l'immagine, vengono "sparati" degli elettroni contro il campione per poi analizzare le figure di diffrazione prodotte (funzionamento).

Tuttavia non bisogna considerare l'invenzione di Marton fine a sé stessa: il suo brevetto fu dovuto dalle esigenze contemporanee dello scienziato. Infatti nella prima metà del XX secolo si era vista l'obsolescenza dei comuni microscopi ottici: essi non potevano garantire dei grandi ingrandimenti e, soprattutto, di qualità. Il microscopio elettronico era in grado di offrire un ingrandimento 50 volte superiore ad un comune microscopio ottico.
Ciò rese il microscopio elettronico un'innovazione del XX secolo (contesto).

Spesso, però, accade che le innovazioni sono precedute da altre invenzioni indispensabili per la loro riuscita e, a loro volta, sono soggette a continui sviluppi.
Questo è anche il caso del nostro microscopio elettronico.
Marton per creare creare il suo microscopio elettronico dovette studiare ed adattare le invenzioni di Ernst Ruska e Max Knoll che, nel 1931, crearono un primo prototipo (precedenti storici).
A sua volta, il progetto di L. Marton fu analizzato da Charles H Bachman nel 1944 e da James Hillier. Il primo individuò e risolse un problema relativo alla struttura, Hillier, invece, si occupò della bassa risoluzione e delle aberrazioni cromatiche (sviluppi).
 Naturalmente il microscopio continua ancora oggi il suo processo evolutivo e ciò lo porterà, inesorabilmente, al momento in cui un nuovo strumento (più tecnologico e più sofisticato) lo condannerà all'obsolescenza (come il Laser al Grafene).


Immagine del DNA al microscopio
elettronico (Scienze For Life)
Tutte le innovazioni hanno apportato un contributo al sapere mondiale, consentendo nuove scoperte in vari ambiti. Non solo, spesso servono anche a salvare ingenti vite umane, ed è proprio questo il caso.
Il microscopio elettronico ha contribuito sia alla creazione di vaccini contro malattie altamente pericolose, e potenzialmente mortali (HIV, tetano, morbillo ecc.), sia allo studio ed alla mappatura del DNA (imprese).


Tutt'oggi il microscopio elettronico viene citato in numerosi trattati scientifici, relativi principalmente alla biologia ed alla medicina.
Ad esempio, lo scorso novembre è stato presentato un nuovo microscopio portatile, capace di essere utilizzato ovunque (il microscopio oggi).

Il Microscopio oggi

Attualmente i microscopi sono perennemente presenti nelle nostre vite. Basti pensare alle analisi del sangue (che tutti facciamo periodicamente) che si effettuano tramite osservazione al microscopio.


Microscopio olografico portatile
Proprio in ambito medico, a novembre dell'anno scorso (2017), è stato annunciato un nuovo e promettente "microscopio portatile" per diagnosticare alcune malattie, tra cui l'HIV, malaria e tumori.
Non solo, questo nuovo strumento permetterà la diagnostica di malattie in località poco sviluppate e sprovviste di laboratori adeguati.







 Notizia più recente è la donazione alla Biogem (Ariano Irpino) di un microscopio a due fotonicapaci di analizzare campioni istologici con una profondità di un millimetro, ciò permette di studiare la disposizione delle cellule in immagini in 3D.
A sinistra il servizio di ITV online:










Come ogni strumento tecnologico, anche il microscopio elettronico è in continua evoluzione ma ciò non vieta che esso possa diventare obsoleto: una collaborazione tra la Sapienza, Cambridge University, il Politecnico di Milano e il CNR ha analizzato quali potrebbero essere gli effetti di impulsi luminosi ultrabrevi sui reticoli atomici. Per fare ciò è necessario adoperare materiali bidimensionali. 
Il prodotto di questi studi è il Laser al Grafene  fondamentale per lo sviluppo di un nuovo sistema per la macroscopia (grafene: materiale con la stessa flessibilità della plastica, più leggero dell'alluminio e persino più resistente rispetto all'acciaio).

Grafene, strati di atomi di carbonio.


6 giugno 2018

Abecedario

A: Azoto liquido
B: Belton
C: Charles H Bachman
D: Diffrazione
E: Ernst Ruska
F: Freddo
G: Germania
H: Hillier James
I: Ingrandimento
L: Ladislaus Marton
M: Medicina
N: Nobel
O: Onde magnetiche
P: Punto focale
Q: Quark
R: Raffreddatore criogenico
S: Siemens-Schuckertwerke
T: Toronto
U: Ugello
V: Vuoto
Z: Zincografia

29 maggio 2018

Immagini Pubblicitarie

Essendo un prodotto destinato esclusivamente a laboratori scientifici sofisticati e,quindi, non adatto ad un consumo di massa (anche per via delle sue dimensioni e del costo proibitivo), il microscopio elettronico non ebbe tanta pubblicità: bastò il premio Nobel vinto da Ernst Ruska a confermare la sua presenza in Università prestigiose e laboratori all'avanguardia.

Tuttavia il suo "fratello minore", il microscopio ottico (destinato ad un pubblico più vasto e meno costoso), vide numerose promozioni pubblicitarie, destinate soprattutto agli amanti della scienza e, non meno importanti, per i bambini, affinché possano avvicinarsi al mondo della scienza divertendosi.



Microscopio F. Koristka
Rivista "Nature", 1953















Microscopi "Officine Galileo", Rivista "Nature", 1953

Giocattolo per bambini



26 maggio 2018

Imprese assegnatarie del Microscopio

Il microscopio ha consentito agli scienziati di osservare tutto ciò che, ad occhio nudo, non si può vedere.

Di conseguenza, è grazie a questo strumento altamente tecnologico che si sono potute analizzare le strutture molecolari dei composti, permettendo in primis ai chimici di comprendere il comportamento dei vari elementi e dei loro legami.

Altro impiego (seppur non tanto distaccato dalla chimica) dell microscopio elettronico è, senza dubbio, la biologia. In questo campo, grazie alle immagini fornite dallo strumento, è stato possibile scoprire il funzionamento delle cellule, dei batteri e persino del DNA.

Non solo; anche nella medicina si fa largamente uso dei microscopi, soprattutto per trovare nuove cure e vaccini contro virus e allergie (prevalentemente al polline).

D'altronde nel 1986 il padre del microscopio elettronico, Ernst Ruska, vinse il premio Nobel per la fisica grazie alla sua invenzione ("One half awarded to Ernst Ruska, the other half jointly to Gerd Binnig and Heinrich Rohrer", link).





Immagine al microscopio elettronico
di una cellula (in giallo) infettata
dal virus Ebola (in blu). | NIAID
(Focus)
 L'antera (cioè la parte terminale e
fertile dello stame) di un geranio
con i rispettivi granuli pollinici
(Focus)
                                             






22 maggio 2018

Ladislaus Marton, cenni biografici

Ladislaus Marton nacque a Budapest, Ungheria, il 15 agosto 1901.

Fu membro della facoltà all'Università di Bruxelles dal 1928 fino al 1938.

Nello stesso anno partì per gli Stati Uniti d'America per diventare ricercatore fisico presso la RCA Manufacturing Company per 3 anni (1938-1941).

In seguito divenne professore associato di ottica elettronica presso l'Università di Stanford dal 1941 fino al 1946.

Lasciati gli insegnamenti, lavorò come fisico presso la National Institute of Standards and Technology (NIST) (precedentemente chiamata National Bureau of Standards (NBS)) a Washington, DC, dal 1946 per 14 anni.

Infine venne nominato, dal 1970 fino alla sua morte, ricercatore onorario presso lo Smithsonian Institution.

Morì il 20 gennaio 1979, all'età di 77 anni.


21 maggio 2018

Gli sviluppi del microscopio

Purtroppo, come tutte le invenzioni, il microscopio di Marton non era privo di difetti. Successivamente al deposito del brevetto, altri scienziati ed ingegneri cercarono di sviluppare il modello Marton per migliorarlo.

Un problema della struttura era che, ogni volta che si inseriva un nuovo campione o, semplicemente, si regolava la posizione, si aveva una sostanziale perdita del "vuoto" creato precedentemente
Nel 1944 Charles H Bachman brevettò una nuova struttura: inventò un'apparato migliorato per introdurre i campioni da esaminare nella camera a vuoto, per evitare sostanziali perdite.
La modifica consiste in una slitta portacampione, passante per una sottile fessura provvista di guarnizioni altamente resistenti, inoltre lo stesso vetrino ha una funzione di chiusura ermetica.
Inoltre fu possibile regolare in modo preciso, e quasi immediato, il campione, affinché si trovi sul percorso di un fascio di elettroni.

Ulteriore problema da risolvere era la bassa risoluzione del microscopio a causa delle aberrazioni cromatiche e sferiche.
Nel 1946 il problema fu arginato da Hillier James. Questi riesce a risolvere il problema causato dalla imprecisione meccanica e strutturale negli elementi. Ciò fu possibile mediante l'uso di elementi di correzione metallici interposti nel campo dell'obiettivo, adiacente al percorso del fascio di elettroni.

Durante il corso degli ultimi 70 anni nuove migliorie hanno permeso lo sviluppo del microscopio elettronico a scansione e a trasmissione, capace, grazie alla risoluzione elevatissima, di distinguere gli atomi del campione esaminato.

Nonostante l'elevata sofisticazione degli attuali strumenti, tutti questi sono discendenti diretti del microscopio di Marton.  


Fibre di amianto


Polline

19 maggio 2018

Precedenti Storici

L. Marton dovette affidarsi a brevetti precedenti per riuscire a costruire e brevettare il suo microscopio elettronico.

Il primo microscopio elettronico fu costruito nel 1926 da Hans Busch.
Tuttavia, i tedeschi Ernst Ruska e Max Knoll furono i primi a costruire, nel 1931, un prototipo di microscopio elettronico con un ingrandimento di circa 400X.

L'evoluzione di tale strumento fu resa possibile grazie ai finanziamenti della Siemens-Schuckertwerke (1937), affinché si potesse utilizzare il microscopio per analizzare campioni biologici.

Finalmente nel 1938, presso l'Università di Toronto,  venne costruito un microscopio elettronico capace di analizzare i campioni biologici e, un anno dopo, la Siemens commercializzo il primo microscopio elettronico a trasmissione (TEM).

Nel 1939 James Hillier, insieme ad Albert Prebus, riuscì a costruire il primo microscopio elettronico ad "alta risoluzione"

Nonostante il microscopio brevettato da Marton sia molto più efficace dei suoi "predecessori", esso si basa sul prototipo di Ruska.



Prototipo del microscopio 
costruito da Ernst Ruska



15 maggio 2018

Bibliografia

MONOGRAFIE:


  • (Gino Tarozzi, 1983): Gino TAROZZI,  Gli strumenti nella storia e nella filosofia della scienza, Bologna: Istituto per i beni artistici culturali naturali della Regione Emilia-Romagna, 1983.

  • (Gianfranco Donelli, 2008): Gianfranco DONELLI, La microscopia elettronica all’Istituto Superiore di Sanità dal 1942 al 1992: dai Laboratori di Fisica al Laboratorio di Ultrastrutture, Roma: Istituto Superiore di Sanità, 2008.


ARTICOLI:


  • (Elisabetta Intini, 2016): Elisabetta INTINI, Le prime foto a colori di un microscopio elettronico, in "Focus", annata 2016, articolo.

  • (Simone Valesini, 2017): Simone VALESINI, Il Nobel della Chimica alla microscopia fredda, in "Galileo", annata 2017, articolo.



29 aprile 2018

Microscopio e Narrativa

Il microscopio fa la sua comparsa nella letteratura realista (XIX secolo), precisamente con Honoré de Balzac.
Ne "la Commedia umana" (137 libri del 1841) l'autore esprime chiaramente di voler analizzare il comportamento umano con il metodo scientifico, aiutandosi con un "microscopio", inteso come mezzo per capire il motivo delle scelte fatte dai protagonisti della sua raccolta di libri.

Anche nella letteratura italiana si fa riferimento al microscopio come strumento per analizzare il comportamento umano: ciò avvenne con il Verismo (fine XIX secolo).
Il principale esponente è Giovanni Verga che, con "Il Ciclo dei Vinti", si pone il compito di esaminare il comportamento dei vari stati sociali ( "I Malavoglia" analizza lo stato più basso: contadini e pescatori; "Mastro don Gesualdo" media borghesia; "La duchessa di Leyra"* aristocrazia; "L'onorevole Scipioni"* i politici; "L'uomo di lusso"* gli artisti).



* Opere mai portate al termine a causa della difficoltà da parte dell'autore di rappresentare società caratterizzate da mentalità più complesse.


Honoré de Balzac


Giovanni Verga

28 aprile 2018

Contesto

Il XX secolo è stato caratterizzato dalle numerosissime scoperte in ambito scientifico; basti pensare all’anno 1905, definito come “Annus Mirabilis”.
Ciò, naturalmente, non sarebbe stato possibile senza l'ausilio di strumenti specifici, primo fra tutti il microscopio.
Grazie a questo strumento si riuscì a comprendere il "funzionamento" di ciò che non era osservabile ad occhio nudo.

Anche il microscopio, per via delle esigenze degli scienziati, prese parte ad un processo evolutivo, affinché si potessero osservare oggetti ed organismi sempre più piccoli.

Fu così che nel 1939 fece la sua comparsa il microscopio elettronico, capace di poter ingrandire le immagini fino a 50 volte in più rispetto ad un normale microscopio ottico.
Lo strumento era composto principalmente da elementi in acciaio, ma il materiale più importante utilizzato per costruirlo è un isolante termico che permise l'uso di azoto liquido per il congelamento delle provette. Per funzionare, inoltre, necessitava di correnti a tensioni molto elevate (almeno 5kV) e molto stabili.

Senza ombra di dubbio, il brevetto di L. Marton fu una vera e propria innovazione nel campo scientifico. Infatti, furono moltissime le scoperte ottenute grazie alla sua invenzione.


21 aprile 2018

Glossario

Refrigerant source: Sorgente refrigerante
Vacuum chamber: Camera a vuoto
Specimens: Campioni
Focal point: Punto focale
Anauxiliary chamber: Camera ausiliaria
Lower pole: Polo inferiore
Upper pole: Polo superiore
Pins: Perni
Springs: Molle
Annulus: Anello
Circular holder: Supporto circolare
Plunger: Stantuffo
Adjusting knob: Manopola di regolazione

20 aprile 2018

Funzionamento brevetto US2220973

Il microscopio elettronico inventato da L. Marton (brevetto US2220973) era tutt'altro che semplice da utilizzare.
Per il funzionamento era necessaria un refrigerante (23), necessario per il congelamento dei campioni posti all'interno della camera a vuoto (II).
Il refrigerante passa attraverso il soffietto o "Sylphon" (25) collegato fino  alla piastra (21) nella porzione a cerniera (5). ciò è stato fatto in modo tale che il vuoto del disco principale possa contenere un isolante termico (29).
Il portacampioni (35) è posto tra quattro molle (45) che lo mantengono fermo durante l'utilizzo. Tuttavia, attraverso degli stantuffi (83) collegati a delle manopole di regolazione (85), è possibile ottenere uno spostamenti (dell'ordine di alcuni centesimi di pollice) del campione senza doverlo estrarre.
Una volta inserito il portacapioni ed averlo congelato, l'immagine può essere messa a fuoco alzando o abbassando il disco, mediante la manopola (15).
Il dispositivo include una camera ausiliaria, collegata a una camera principale, attraverso un'apertura richiudibile. Questa disposizione rende pratico inserire un oggetto o un campione senza compromettere il vuoto della camera principale.





19 aprile 2018

Il Microscopio


Il microscopio (dal greco: μικρόν "piccolo" e σκοπεύω "vedere") sin dal XVI secolo ha permesso agli scienziati di osservare tutto ciò che non era possibile vedere ad occhio nudo.
I primi modelli erano composti da lenti ricurve, molto semplici sia da costruire sia da utilizzare.
Tuttavia, la necessità di studiare elementi sempre più piccoli ha portato i microscopi ottici ad essere obsoleti, fin quando non vennero scoperti nuovi metodi per osservare organismi sempre più piccoli.
Nel 1939 L. Marton brevettò il microscopio elettronico (electron microscope), fu un'invenzione rivoluzionaria nel campo della biologia.


Conclusione

Il brevetto (US2220973) da me analizzato è il  microscopio elettronico  inventato da L. Marton nel 1939. Ladislaus Marton (1901 - 1979) ...