Dando continuidade à série: “50 máquinas que mudaram o rumo da história”. Vamos falar sobre o Microscópio Eletrônico Siemens.
Breve histórico da óptica geométrica
Os antigos gregos como Aristóteles (384-322 a.C.), Euclides (c. 300 a.C.) e Ptolomeu (c. d.C. 125-150), estabeleceram as primeiras descrições registradas sobre como funcionaria o processo da visão.
Aristóteles e seus seguidores estavam convencidos que a visão ocorria por meio da teoria da “intromissão”: a transmissão da luz do objeto iluminado para o olho do observador. Segundo Aristóteles, o meio entre o objeto e o observador seria o responsável pela “transmissão” da imagem do objeto para o olho do observador, produzindo a sensação visual.
Euclides, por sua vez, voltou sua atenção para a geometria da visão, defendendo a formação da imagem de um objeto por meio de raios luminosos. O resultado do seu estudo foi o desenvolvimento da perspectiva geométrica baseada seguinte teoria: a sensação visual seria dada por um cone de luz que emana do olho do observador na direção dos objetos. Os objetos que interceptassem estes raios seriam então percebidos e a sua aparente localização seria determinada pela posição dos raios interceptados dentro do cone. Euclides também analisou imagens especulares, estabeleceu a lei dos ângulos iguais para a incidência e reflexão do raio luminoso além de definir as regras geométricas ainda usadas em nossos dias para a localização da imagem de um objeto vista por reflexão. A lei da refração foi incluída na Óptica somente no século II, a partir dos estudos quantitativos do astrônomo Cláudio Ptolomeu.
A Óptica não viveu nenhum desenvolvimento significativo entre os séculos II e X.
Mas no início do século X a literatura grega sobre Óptica está traduzida para o árabe e foi apresentado ao mundo islâmico.
Um estudioso árabe chamado por desconhecido Al-Haytham (945-1040 d.C.), também conhecido por Alhazen, fez contribuições em muitas áreas, incluindo óptica, astronomia e matemática. Ele também descreveu maneiras de realizar experimentos e ajudou a desenvolver o método científico. Talvez seu trabalho mais importante tenha sido na área de ótica. Sua série de artigos sobre óptica, chamada The Livro de Óptica, influenciou futuros cientistas ocidentais, incluindo Roger Bacon, Leonardo da Vinci e Johann Kepler.
Alhazen questionou as teorias de Euclides. Ele entendia que objetos vistos pelo homem podiam aparecer até mesmo em outras superfícies, como uma imagem óptica, utilizando somente um buraco pequeno e uma tela.
Para corrigir a teoria de Euclides acredita-se que o jesuíta alemão Christopher Scheiner (1575–1650), em 1625, demonstrou que a luz entra no olho com a imagem do objeto para que o homem possa vê-lo, fazendo a simples experiência de retirar a túnica do fundo do olho de um animal abatido. Ao examiná-la pela parte de trás da retina, parede transparente do olho, ele distinguiu reproduções diminutas das imagens que estavam a frente do animal no instante de sua morte.
Atualmente é natural que todos aceitem o olho como aparelho receptador de imagens, e seu processo é semelhante a uma câmera fotográfica. De fato, é este mesmo princípio que vai permitir ao fotógrafo, a partir do final do século XVIII e início do século XIX, observar a cena a ser fotografada no visor de vidro despolido da câmera fotográfica antes de realizar a fotografia.
A Câmara Escura
A primeira câmara escura, precursora da câmera fotográfica atual, foi criada por Alhazen, no século X e foi aprimorado por Giambattista delia Porta (1535 – 1615), descrito em sua obra Mágica Natural, de 1558.
Ele colocou lentes no pequeno orifício para poder focar a imagem em uma superfície de modo a ver com nitidez as formas e as cores dos objetos observados. Delia Porta observou, então, que a câmara escura trabalhava semelhante ao olho: A imagem entra pela pupila, como pela abertura de uma janela, é focalizada pela córnea e pelo cristalino, onde é refratada, e por volta do centro do olho ela é invertida, aparecendo de cabeça para baixo na retina, conforme acontece na câmera escura.
A eficácia da câmara escura, que revela a óptica do olho, está bem descrita por Daniele Bárbaro (1514 – 1570) em La pratica delia perspectiva (1568): Em um cômodo totalmente fechado, onde só entra luz na câmara escura pelo orifício com lentes, a luz chega ao outro lado da câmara onde está fixada uma folha de papel que você pode mover para frente e para trás de modo que a imagem apareça melhor, e você verá no papel a imagem com suas formas reais e nítidas, com suas distâncias, suas cores e sombras, além do movimento do que estiver sendo observado, porém invertidos. Mas, utilizando-se um espelho no lugar do papel, que reflete a imagem para cima, e colocando-se um vidro por cima como uma mesa, você pode colocar o papel sobre o vidro e admirar a imagem formada com perfeição, podendo até mesmo desenhar sem dificuldades.
A câmara escura, no decorrer do tempo, serviu como instrumento de observação e de estudos dos fenômenos ópticos que nela estão envolvidos e, ela é associada com os princípios da máquina fotográfica atual.
Ao longo do tempo, muitos artifícios foram usados para se chegar numa qualidade de imagem satisfatória e a câmera escura foi ganhando acessórios para se transformar nas máquinas fotográficas que conhecemos hoje.
Um dos exemplos que podemos citar sobre a questão da melhoria da câmera escura foi a diminuição do tamanho do orifício, mas a imagem escurecia proporcionalmente, tornando-se quase impossível identificar o objeto a sua frente.
Até que em 1550 o físico milanês Girolamo Cardano (1501 – 1576) sugeriu o uso de uma lente biconvexa junto ao orifício, permitindo desse modo aumentá-lo, para se obter uma imagem clara sem perder a nitidez. Isto foi possível graças à capacidade de refração do vidro, que tornava convergentes os raios luminosos refletidos pelo objeto. Assim, a lente fazia com que a cada ponto luminoso do objeto correspondesse à um pequeno ponto de imagem, formando-se assim, ponto por ponto da luz refletida pelo objeto, uma imagem puntiforme.
No século XIV, já se aconselhava o uso da câmara escura como auxílio ao desenho e à pintura. Leonardo da Vinci fez uma descrição da câmara escura em seu livro de notas, mas este caderno só foi publicado em 1797. Desse modo, o uso da câmara escura se difundiu entre os artistas e intelectuais da época, que logo perceberam a impossibilidade de se obter nitidamente a imagem, quando os objetos captados pelo visor estivessem a diferentes distâncias da lente. Ou se focalizava o objeto mais próximo, variando a distância da lente ao visor (foco), deixando todo o mais distante fora de foco, ou vice-versa.
O Microscópio
O instrumento de grande valia nos avanços Óptica foi o microscópio. A invenção do microscópio é atribuída aos holandeses Hans Janssen e Zacharias Janssen (1580 – 1638), fabricantes de óculos que viveram no final do século XVI. Seus experimentos mostraram que duas lentes montadas apropriadamente em um tubo, tinham capacidade de ampliar as imagens, permitindo a observação de corpos minúsculos, invisíveis a olho nu. Mas não há registro de que os Janssen tenham utilizado este aparelho com finalidades científicas.
Tempos depois, Galileu (1564 – 1642) construiu o primeiro aparelho razoavelmente prático para a ampliação de imagens, batizando-o de telescópio. Aperfeiçoou o modelo dos holandeses, dispondo as lentes de maneira parecida à adotada em sua luneta astronômica.
Em 1665, o cientista inglês Robert Hooke (1635-1703) passou a moldar vidro líquido e com os glóbulos de vidro moldados obteve lentes muito melhores do que as produzidas com vidros de aumento.
Essa inovação permitiu-lhe montar um microscópio bastante eficiente e realizar importantes descobertas, uma das quais foi observar — pela primeira vez na história — as células de uma lâmina de cortiça.
Não podemos deixar de citar o “pai da microbiologia”, o holandês Antonie van Leeuwenhock (1632 – 1723), cujo publicações foram as primeiras a revelarem o mundo microscópio para a população em geral.
O poder da ampliação de um microscópio óptico composto é algo em torno de 1.000 vezes, o que é insuficiente para exibir estruturas biológicas tão pequenas quanto os vírus.
Em 1897, o físico J.J. Thomson (1856 – 1940) descobriu o elétron, e, décadas seguintes, vários outros cientistas, entre ele o húngaro Leó Szilárd (1898 – 1964), propuseram a utilização dessa partícula subatômica. Que possui um comprimento muito inferior ao da luz visível, como meio de ampliação.
A necessidade
Em 1930, o engenheiro eletrônico alemão Reinhold Rudenberg (1883 – 1961) recebeu a notícia a triste notícia de que seu filho pequeno havia contraído poliomielite. Nessa época ainda não existia uma vacina eficaz produzida contra a poliomielite. Isso a tornava uma doença fatal ou levava suas vítimas à paralisia e perda do movimento das pernas.
O vírus pólio era conhecido, mas tanto ele quanto outros vírus eram pequenos demais para poderem ser vistos pelos microscópios da época.
Rudenberg, baseando-se em pesquisas existentes propôs a criação de um microscópio que pudesse ser focalizado através de lentes eletroestáticas. A empresa para a qual trabalhava, a Siemens AG da Alemanha, registrou as patentes do princípio em 1931.
Ainda em 1931, o então estudante de pós-graduação, Ernst Ruska (1906 – 1988) desenvolveu o primeiro modelo comercial em 1939 ao tirar proveito das patentes da Siemens após se juntar à empresa em 1937. Assim realizando o sonho de Rudenberg, Ernst, trabalhando em parceria com seu irmão, Helmut Ruska (1908 – 1973), produziu as primeiras imagens de vírus no mundo.
Referências Bibliográficas
CHALINA, Eric. 50 Máquinas que mudaram o Rumo da História. Tradução de Fabiano Morais. Rio de Janeiro. Sextante. 2014.
MARTINS, Roberto de Andrade. Robert Hooke e a pesquisa microscópica dos seres vivos. Filosofia e história da biologia, Universidade Estadual da Paraíba, Grupo de História da Ciência e Ensino, Campina Grande, Paraíba, volume 6, Exemplar 1, p. (105 – 142), janeiro, 2011.
Tristar History, acesso em 14 de Mai. 2022.
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