Come scegliere un microscopio

Microscopio elettronico compatto

I microscopi si dividono in tre tipi: microscopi ottici, elettronici e a scansione di sonda.

• Microscopi ottici: sono dotati di una fonte di luce che illumina il campione e di un sistema di lenti ottiche in grado di formare l’immagine di tale campione. I microscopi ottici permettono di utilizzare diverse tecniche di osservazione grazie all’impostazione del tipo di illuminazione, della polarizzazione, nonché del filtraggio spettrale e spaziale. I modelli digitali, in particolare, al posto dell’oculare hanno una telecamera che invia l’immagine a un monitor. La microscopia ottica permette di ingrandire il campione di circa 1 000x.
• Microscopi elettronici: il campione osservato viene colpito da un fascio di elettroni. La capacità di ingrandimento dei modelli elettronici è molto superiore a quella dei microscopi ottici e può raggiungere i 2 milioni. I microscopi elettronici, a loro volta, si suddividono in due tipi principali: i microscopi elettronici a trasmissione (TEM) e i microscopi elettronici a scansione (SEM).
• Microscopi a scansione di sonda (SPM): in questo tipo di microscopia una sonda viene avvicinata alla superficie del campione per determinarne la topografia. Alcuni microscopi offrono una risoluzione spaziale su scala atomica: è il caso dei microscopi a forza atomica (AFM) e dei microscopi ottici a campo vicino (SNOM).

I microscopi sono utilizzati in diversi settori sanitari, tra cui quello medico, della biologia, forense, farmaceutico, dell’insegnamento e della ricerca.

• Medicina: i microscopi vengono usati per realizzare dei test di laboratorio, più precisamente per analizzare i campioni e rilevare l’eventuale presenza di agenti patogeni come microbi, batteri e altri microrganismi mortali, mentre in istopatologia, ad esempio, i microscopi servono ad osservare campioni di tessuto, anche in questo caso a scopo diagnostico.
• Biologia: i microscopi possono essere utilizzati per studiare la composizione cellulare e le modalità di sviluppo dei microrganismi.
• Medicina legale (scienza forense): i microscopi trovano impiego in ambito forense al fine di raccogliere prove da presentare in tribunale. Più precisamente, vengono utilizzati per analizzare le tracce raccolte sulla scena del crimine: polvere, frammenti di vetro, pezzi di tessuto, fluidi corporei, capelli, inchiostro, microrganismi, ecc.
• Industria farmaceutica: i microscopi sono utilizzati nell’industria farmaceutica per garantire la sicurezza e la qualità dei prodotti. I ricercatori analizzano i prodotti al microscopio per rilevare eventuali difetti e contaminanti.
• Insegnamento: alcuni microscopi sono destinati ad essere usati nei laboratori scolastici e universitari.
• Ricerca 

Esistono diverse tecniche di osservazione microscopica, da scegliersi in funzione del tipo di osservazione da realizzare. La scelta di un microscopio, a sua volta, dipenderà anche dalle tecniche di osservazione che offre. Le principali tecniche di osservazione sono le seguenti:

Immagine ottenuta tramite microscopia confocale a scansione laser

Microscopia ottica:

• Microscopia a campo chiaro (convenzionale): tecnica classica che cattura la luce bianca trasmessa dal campione. Non richiede una lunga preparazione del campione, ma ha un basso contrasto e non è adatta all’analisi di campioni spessi.
• Microscopia a campo scuro:l la luce emessa dalla sorgente non viene trasmessa direttamente all’obiettivo del microscopio. Solo la luce diffusa, ossia deviata dall’oggetto stesso, raggiunge l’obiettivo. Questa tecnica permette di ottenere un maggiore contrasto e di osservare i campioni senza dover aggiungere coloranti, ma non è adatta ai campioni con uno spessore significativo.
• Microscopia a fluorescenza: la luce viene emessa dalle sostanze fluorescenti presenti nel campione, che possono far parte della sua composizione naturale o essere introdotte come coloranti. Si tratta di una tecnica molto precisa, in grado di identificare più strutture contemporaneamente grazie alla fluorescenza dei colori. È efficace anche per osservare la dinamica biochimica dei campioni.
• Microscopia laser confocale a scansione: in questo tipo di tecnica la sorgente di luce è un raggio laser. Utilizzata spesso in combinazione con la microscopia a fluorescenza, la microscopia laser confocale a scansione offre una risoluzione migliore e si presta all’osservazione di oggetti di grande spessore o con un’area maggiore. È efficace sia per l’osservazione fissa che dinamica (per esempio, di cellule viventi). I microscopi di questo tipo, tuttavia, sono molto costosi. L’uso di un laser, inoltre, comporta dei rischi.

In microscopia elettronica:

Immagine di coagulo sanguigno ottenuta mediante microscopia SEM

• Microscopia elettronica a scansione (SEM): al campione viene applicato un fascio elettronico sottile. L’interazione porta alla formazione di elettroni secondari, che vengono rilevati e convertiti in segnali, i quali a loro volta permettono di ricostruire l’immagine in rilievo con grande profondità di campo. Tuttavia, la preparazione dei campioni è lunga, complessa e costosa. I campioni, infatti, devono essere preventivamente disidratati e sottoposti ad un trattamento che li renderà conduttivi (fissazione dei tessuti, pulizia).
• Microscopia elettronica a trasmissione (TEM): anche in questo caso la superficie del campione viene colpita da un sottile fascio di elettroni, ma ad essere rilevati sono gli elettroni che passano attraverso il campione e non quelli secondari. I microscopi TEM hanno una risoluzione migliore dei microscopi SEM. I campioni, tuttavia, devono essere preparati secondo un protocollo specifico, devono conservare la loro struttura ed essere conduttivi in maniera da consentire il passaggio del fascio di elettroni.

In microscopia a sonda locale:

• Microscopia a forza atomica (AFM): i microscopi a forza atomica si avvalgono della forza con cui le nubi elettroniche presenti sulla superficie del campione respingono la nuvola elettronica della sonda del microscopio. I microscopi AFM sono dotati di una punta alla cui estremità è collocata una sonda in grado di muoversi in tutte le direzioni e di scansionare la superficie del campione. L’analisi dei movimenti della punta e la misurazione delle forze di interazione tra sonda e campione permettono di definire la topografia della superficie. Questa tecnica può essere utilizzata sia con campioni conduttivi che non conduttivi.
• Microscopia ottica di campo prossimo,  o Near Field Optical Microscopy (SNOM): è una tecnica di microscopia ad altissima risoluzione, in grado cioè di aggirare il limite di Abbe et di rilevare le onde evanescenti. Il rivelatore di luce è posizionato molto vicino alla superficie del campione, in maniera da poter osservare l’onda evanescente e non l’onda diffusa e di visualizzare così oggetti più piccoli della lunghezza d’onda della luce incidente.

I criteri di scelta di un microscopio sono numerosi perché numerose sono le applicazioni di questi dispositivi. In generale, tuttavia, la scelta verrà fatta prendendo in considerazione cinque caratteristiche principali: ingrandimento, tecnica di osservazione, configurazione, numero di oculari e tipo di illuminazione.

• Ingrandimento totale: è il risultato dell’ingrandimento dell’obiettivo e dell’oculare.

• Tecnica di osservazione microscopica

• Configurazione: la maggior parte dei microscopi è composta dai cosiddetti microscopi verticali, nei quali la luce è proiettata sul campione dal basso e in cui il campione, di conseguenza, viene osservato dall’alto. Esistono, però, altri modelli, detti microscopi invertiti, la cui sorgente luminosa è collocata in alto, sopra il campione, mentre gli obiettivi si trovano sotto di esso.

• Numero di oculari: a seconda del numero di oculari, i microscopi possono essere monoculari, binoculari o trinoculari.

• Tipo di illuminazione: nella maggior parte dei casi la sorgente luminosa è costituita da una lampadina a LED o alogena.

Il tipo di microscopia da utilizzare e l’ambito di utilizzo del dispositivo possono richiedere l’uso di diversi accessori e funzionalità aggiuntive, come telecamere, monitor e zoom. Esempi di accessori e funzionalità disponibili sul mercato:

• Fotocamera: la fotocamera è montata sull’obiettivo e permette di fotografare i campioni analizzati.
• Monitor: facilita la visualizzazione in tempo reale del campione osservato al microscopio.
• Sistema di osservazione multipla: il fascio è diviso e visualizzato in due o più obiettivi in modo che più utenti possano visualizzare il campione contemporaneamente.
• Digitalizzatore: consente di scansionare il campione e di elaborare informaticamente l’immagine così ottenuta
• Zoom: rende possibile un ingrandimento continuo dell’immagine
• Azionamento motorizzato: un motore incorporato consente di muovere il revolver del microscopio.