Les neutrons dévoilent les secrets des microscopes d’Antonie van Leeuwenhoek

À la fin du XVIIe siècle, un drapier néerlandais et scientifique autodidacte du nom d’Antonie van Leeuwenhoek s’est fait connaître pour avoir construit certains des meilleurs microscopes disponibles à une époque où l’instrument commençait tout juste à révolutionner la recherche scientifique. Cependant, il a rarement divulgué ses méthodes de fabrication de lentilles, ce qui a conduit à des siècles de spéculations sur la façon dont il obtenait de tels agrandissements supérieurs.

Aujourd’hui, la tomographie neutronique a permis aux scientifiques de la TU Delft aux Pays-Bas d’observer pour la toute première fois l’intérieur des microscopes de van Leeuwenhoek. Un nouvel article publié dans la revue Science Advances révèle que, loin de nécessiter sa propre méthode secrète de fabrication d’objectifs, van Leeuwenhoek était un maître artisan qui a pu réaliser ses extraordinaires grossissements en perfectionnant et en perfectionnant les méthodes de production d’objectifs typiques de son époque.

On ne sait pas tout à fait qui a inventé le premier microscope de bonne foi, mais les prétendants à cette réclamation incluent un fabricant de lunettes hollandais de la fin du XVIe siècle nommé Zacharias Janssen, un fabricant de lunettes rival voisin nommé Hans Lipperhey, et un ingénieur et inventeur néerlandais nommé Cornelis Drebbel. Galilée a noté le principe de base quelque temps après 1610 et a construit son propre microscope composé après avoir vu l’un des instruments de Drebbel exposé à Rome en 1624. Il l’a surnommé le “clin d’œil” ou alors “petit oeil. ”

Le scientifique anglais Robert Hooke a été parmi les premiers à apporter des améliorations significatives à la conception de base. C’était un meuleur d’objectifs habile, ce qui permettait un meilleur grossissement, et sa formation initiale en tant que dessinateur lui a permis de rendre ce qu’il voyait au microscope dans des dessins aux détails exquis. Il a publié son magnum opus, Micrographie, en janvier 1665, illustré de 58 gravures étonnantes, dont sa célèbre représentation d’une puce magnifiée.

L’intérêt de Van Leeuwenhoek pour la fabrication de lentilles découle de son désir de voir plus clairement la qualité du fil qu’il utilisait dans son entreprise de drapier, et lorsqu’il a appris les merveilles de la microscopie – il était un grand admirateur de Hooke. Micrographie– il a commencé à faire ses propres améliorations. Il a construit plus de 500 microscopes au cours de sa vie, même si seule une poignée a survécu. Une seule lentille a été montée dans un minuscule trou dans la plaque de laiton constituant le corps de l’instrument, et l’échantillon a été monté sur une pointe pointue juste en face de lui. La position et la mise au point peuvent être ajustées en tournant deux vis. L’instrument entier mesurait seulement 3 à 4 pouces de long.

Van Leeuwenhoek a utilisé ses microscopes pour étudier les protozoaires trouvés dans l’eau des étangs, les tissus animaux et végétaux, les cristaux minéraux et les fossiles. Il a découvert des créatures microscopiques telles que les nématodes, ainsi que des cellules sanguines, et a été le premier à voir des spermatozoïdes vivants d’animaux. En 1683, il avait tourné l’instrument sur lui-même pour étudier la plaque entre ses dents, et a également observé des hordes de bactéries grouillantes dans la bouche de deux hommes âgés qui n’avaient jamais nettoyé leurs dents de leur vie – la première observation de bactéries vivantes jamais enregistrée. . Il a même expérimenté l’utilisation de l’ovule d’une morue et des cornées de libellules comme lentilles d’origine biologique, réussissant à générer des images claires d’une flamme de bougie avec cette dernière.

Ses microscopes n’étaient guère plus que de puissantes loupes de poche, mais ils étaient néanmoins considérés comme les meilleurs de son époque. Il a pu atteindre une puissance de grossissement jusqu’à 270 fois plus grande que la taille réelle de l’échantillon, en utilisant un seul objectif, avec des images plus claires et plus lumineuses que celles obtenues par l’un de ses collègues.

Van Leeuwenhoek était certainement doué pour meuler et polir les lentilles, et il est probable que beaucoup de ses instruments contenaient ces lentilles rectifiées. Il a également expérimenté des lentilles en forme de boule au début de sa carrière, ce qui impliquait de faire fondre et de collecter du verre sur une pointe d’aiguille. Cependant, van Leeuwenhoek a écrit que le verre souffrait de contaminations et qu’il a rapidement abandonné la méthode. Mais il a également laissé entendre qu’il avait inventé sa propre méthode avancée de soufflage du verre “avec laquelle des lentilles non sphériques pouvaient être produites” – une remarque qui a conduit à de nombreuses spéculations au cours des siècles sur une “technique secrète” perdue pour la postérité.

Onze des microscopes de van Leeuwenhoek ont ​​survécu, mais depuis qu’il a enfermé ses lentilles entre deux plaques métalliques fixées avec des rivets, avec juste un petit trou d’environ un demi-millimètre de diamètre, il faudrait démonter les microscopes pour accéder aux lentilles – et aucun musée n’envisagerait d’endommager un artefact aussi inestimable de cette manière. Les scientifiques de la TU Delft ont donc proposé d’utiliser une technique d’imagerie non invasive appelée tomographie à neutrons, similaire dans son concept à la tomographie par rayons X.

Cela permet d’imager la forme entière de la lentille, car les neutrons produisent un contraste plus élevé entre les plaques métalliques et le verre à l’intérieur. L’objet est tourné de 180 degrés dans un faisceau de neutrons pendant qu’une caméra prend plusieurs photographies, et les images 2D résultantes peuvent ensuite être utilisées pour construire une image 3D de l’objet sur l’ordinateur.

L’image 3D de l’un des microscopes de la collection du Rijksmuseum Boerhaave a montré que cet instrument de puissance moyenne contenait une lentille en forme de lentille conforme aux méthodes de meulage et de polissage standard de l’époque. Les auteurs notent dans leur article que les données montrent également le grand soin et la précision que van Leeuwenhoek a apportés lors de la fabrication de ses instruments. «À en juger par les copies conservées, chaque microscope produit par van Leeuwenhoek tenait une lentille avec une courbure et un grossissement distincts», ont-ils écrit. “L’ajustement serré de la lentille que montre le tomogramme suggère que les plaques en laiton ont été spécialement adaptées pour contenir cette lentille spécifique.”

L’équipe de la TU Delft a également photographié le microscope survivant connu le plus puissant, installé au musée de l’Université d’Utrecht. Cela a révélé que le microscope d’Utrecht ne contient pas de lentille moulue en forme de lentille; il contient plutôt une lentille en forme de boule avec un minuscule fil de verre qui lui est relié – le genre de lentille produite par des méthodes de soufflage de verre. Ce qui est le plus intéressant, c’est que la forme de cette lentille correspond à une “recette” de lentille de fusion du verre publiée par Hooke en 1678, qui consistait à transformer l’extrémité d’un mince fil de verre en forme de boule en le fondant dans une flamme et en utilisant la tige restante comme poignée pour monter l’objectif.

C’était une variante d’une technique que Hooke avait précédemment décrite dans Micrographie, qui ont précédé les instruments de van Leeuwenhoek, de sorte que le drapier aurait été familier avec le principe de base. La méthode de Hooke a également produit des lentilles en forme de boule exemptes des contaminations qui gâchaient les méthodes antérieures de soufflage du verre, van Leeuwenhoek a déclaré qu’il avait expérimenté et trouvé insuffisant. Il était toujours étrangement silencieux sur les méthodes de fabrication d’objectifs de Hooke.

“Nous pouvons maintenant supposer que le silence de van Leeuwenhoek était un choix délibéré”, ont écrit les auteurs. «Van Leeuwenhoek a adopté la procédure même de fabrication d’objectifs par Hooke peu de temps après sa publication, et l’a amenée à un grand succès mais n’en a jamais parlé à personne. C’est ironique, car Hooke a toujours voulu découvrir le secret des objectifs de van Leeuwenhoek mais jamais réussi à le faire. “

Prises ensemble, ces recherches “ont offert une preuve visuellement concluante que van Leeuwenhoek ne s’est pas limité à un seul type d’objectif pour faire ses découvertes pionnières, mais a adopté des procédures de fabrication d’objectifs distinctes qui circulaient à l’époque, et les a intégrées dans ses microscopes, “ont écrit les auteurs. “Van Leeuwenhoek était loin d’être le savant isolé qu’il est souvent prétendu être; plutôt, son secret sur ses lentilles était motivé par une tentative de dissimuler sa dette envers Hooke.”

Leurs découvertes témoignent également de son habileté à pousser les méthodes et les conceptions existantes à leur plein potentiel, perfectionnée au cours de nombreuses années de construction de centaines de microscopes. «C’est le savoir-faire et le contrôle minutieux de l’ouverture qui ont fait la différence», ont conclu les auteurs. «Van Leeuwenhoek semble avoir parfaitement maîtrisé ces techniques de meulage et de charpente, les avoir combinées avec des ouvertures appropriées, et les avoir amenées à la perfection, résultant en la supériorité de ses microscopes emblématiques, dans lesquels toute l’attention et tous les efforts ont été dirigés vers leur un élément essentiel: la lentille. “

DOI: Science Advances, 2021. 10.1126 / sciadv.abf2402 (À propos des DOI).