13 Agosto 2023 di Daniele Frulla
Di cosa e’ fatta la materia? Questa e’ la domanda che tanti si sono posti a causa della curiosita’ dell’uomo di conoscere il mondo.
La risposta data dalle ultime teorie scientifiche e’ che siamo costituiti di atomi. Sono stati studiati, analizzati e categorizzati per numero di elettroni ed elementi. La tavola periodica degli elementi l’abbiamo vista tutti almeno una volta nella vita!
I nostri occhi possono visualizzare solo le frequenze elettromagnetiche del visibile: la lunghezza d’onda della luce visibile nell’aria va indicativamente dai 390 ai 700 nm. In termini di frequenze, lo spettro visibile varia tra i 430 (rosso scuro) ed i 770 (violetto) THz.
In altre parole gli occhi percepiscono le frequenze dei fotoni che rimbalzano sugli oggetti che visualizziamo.
Possiamo vedere un atomo solamente attraverso delle elaborazioni sofisticate al computer che calcola l’energia in ogni istante. Avremmo la sensazione di inquadrare una nuvola senza colore che circonda i nucleo dell’atomo (protoni e neutroni).
Il primo microscopio usava proprio la luce per ingrandire gli oggetti. Le lenti raccolgono la luce riflessa o trasmessa dall’oggetto e la fanno passare attraverso l’oculare che permette di vedere l’immagine ingrandita con delle lenti. Il microscopio che usa la luce ha diversi vantaggi: è facile da usare, è economico, è portatile e non richiede preparazioni complicate dei campioni.
Tuttavia, ha anche dei limiti: non può ingrandire oltre un certo punto, perché la risoluzione dipende dalla lunghezza d’onda della luce (400-700nm), e non può mostrare i dettagli interni delle strutture cellulari, perché la luce viene assorbita o riflessa dalla membrana.
Per superare questi limiti, si possono usare altri tipi di microscopi, come quelli elettronici o a fluorescenza.
Il microscopio elettronico funziona usando un fascio di elettroni invece della luce visibile. Gli elettroni hanno una lunghezza d’onda molto più corta della luce (0,024 nm), quindi possono risolvere dettagli molto più fini. Il microscopio elettronico può raggiungere ingrandimenti di milioni di volte, mentre il microscopio ottico si ferma a qualche migliaio. Il microscopio elettronico è stato inventato negli anni ’30 del secolo scorso da due fisici tedeschi, Ernst Ruska e Max Knoll. Da allora, ha avuto un ruolo fondamentale in molte scoperte scientifiche, come la struttura del DNA, la forma dei virus o la composizione dei materiali. Il microscopio elettronico è uno strumento molto complesso e costoso, che richiede una preparazione speciale dei campioni e un ambiente controllato.
I successori del microscopio elettronici sono:
L’AFM funziona grazie a una sonda molto sottile e flessibile, chiamata cantilever, che viene avvicinata alla superficie da esaminare. Il cantilever ha una punta molto appuntita, che interagisce con le forze atomiche presenti tra la superficie e la punta stessa. Queste forze fanno piegare il cantilever, che viene rilevato da un sensore ottico. In questo modo si ottiene una mappa tridimensionale della superficie, con una precisione incredibile.
L’AFM ha molti vantaggi rispetto al microscopio elettronico. Innanzitutto, non richiede il vuoto o la preparazione dei campioni, quindi può operare in condizioni ambientali normali. Inoltre, può analizzare materiali isolanti o biologici, che non sono compatibili con il fascio di elettroni. Infine, può misurare anche le proprietà meccaniche, elettriche o magnetiche dei materiali, oltre alla loro morfologia.
L’AFM è uno strumento molto utile per la ricerca scientifica e tecnologica, in campi come la nanotecnologia, la biologia molecolare, la chimica dei materiali e la fisica dei solidi. Grazie all’AFM possiamo studiare le strutture atomiche e molecolari dei materiali e capire come influenzano le loro proprietà e funzioni. L’AFM ci permette di vedere il mondo invisibile con una chiarezza mai raggiunta prima.
Lascia un commento