L’occhio bionico della Scienza: il SEM

SEM, un’invenzione che ci ha permesso di posare lo sguardo su oggetti che una volta erano inosservabili e di apprezzarne tutta la loro complessità

Quando Galileo Galilei inventò il suo “occhialino per vedere le cose minime” mai ci si sarebbe aspettato che l’evoluzione dello strumento noto a tutti come microscopio ottico avrebbe potuto permetterci di arrivare alla realizzazione del SEM (microscopio elettronico a scansione) e di vedere oggetti ed entità che erano conosciuti solo teoricamente, ma che nessuno era mai riuscito a vedere in prima persona.

Si pensa che il microscopio sia nato in Olanda intorno al XVI secolo, e il suo limite di risoluzione teorico (ovvero la distanza minima per la quale ci permette di distinguere due punti come separati tra loro) fosse di 200 nm. Questo perché utilizza come fonte di radiazione la luce visibile, la quale è caratterizzata da un intervallo di lunghezza d’onda che va dai 400 nm ai 700 nm.

Esistono diversi modelli che si contraddistinguono dalle complessità differenti e dall’utilizzo di tecniche particolari, ma il principio di base è sempre quello di due sistemi – oculare e obiettivo – che osservano un campione illuminato tramite luce trasmessa oppure riflessa. Questo strumento non ci permette di vedere strutture più piccole dei batteri, ma ha come vantaggio il fatto di poter osservare i colori naturali del campione e di poterlo visionare anche in vivo.

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Risale invece al 1942 la prima immagine ottenuta tramite microscopia elettronica. Il funzionamento del microscopio elettronico a scansione (SEM) è analogo a quello del microscopio ottico ma parte da un presupposto diverso per ottenere risultati diversi: diminuendo la lunghezza d’onda della fonte di radiazione utilizzata, si permette di aumentare il potere risolutivo(ovvero diminuire la distanza dei due punti percepibili come distinti). Questa fonte di radiazione non è più la luce visibile ma un fascio di elettroni, particelle elettromagnetiche che paragonate ai fotoni della luce visibile posseggono una lunghezza d’onda assai inferiore (possono arrivare, se adeguatamente accelerati, ad una lunghezza d’onda di 0,0037 nm).

Il SEM è così capace di farci ottenere immagini molto dettagliate, permettendo al fascio di elettroni utilizzato di scandagliare la superficie dell’oggetto in esame e restituendo una figura molto realistica, simile ad una fotografia. Il fascio di elettroni viene collimato e orientato attraverso una serie di lenti magnetiche, ovvero strutture cariche elettricamente, imitando il funzionamento delle lenti di vetro che modificano il cammino della luce. Gli elettroni a questo punto rimbalzano sul campione e tornano verso un rilevatore che trasforma gli impulsi in segnali elettrici per determinare la posizione di pixels su uno schermo luminoso. Per far si che questo avvenga, se il campione è di materiale organico, deve essere rivestito da una sorta di verniciatura metallica, altrimenti verrebbe semplicemente attraversato da questi, come succede in un altro strumento che è il microscopio elettronico a trasmissione (TEM). In entrambi i casi di microscopia elettronica si ottiene un’immagine in bianco e nero che potrà poi essere colorata sulla base di altre osservazioni o necessità.

Sono proprio queste immagini in bianco e nero, quasi che risalissero ai primordi della storia della fotografia, che hanno attirato l’attenzione dei visitatori al Museo Civico di Storia Naturale di Milano, luogo in cui è stata allestita una mostra dedicata al SEM dal titolo “Visti da vicino“. Le immagini mostravano dettagli di parti anatomiche di formiche (come ad esempio gli occhi compositi, le mandibole o il torace irto di peli o di spine – quasi invisibili a occhio nudo – di questi insetti, tra cui le specie Echinopla melanarctos) e imenotteri; ma anche la stupefacente peluria delle emielitre o delle ali di altri insetti; pollini e semi (che dietro alla loro apparente liscezza nascondono una superficie piena di crateri e geometrie complesse), come quelli della specie Callitriche stagnalis e del cactus; e l’affascinante mondo dei cristalli e dei minerali.

La Redazione di Biomaterra

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