A história do microscópio começou com interesse da humanidade em aperfeiçoar e entender a visão. Já na Antigüidade, as primeiras teorias da luz eram as da visão. Duas correntes procuravam explicar a percepção visual: a teoria “táctil”, segundo a qual o olho emitiria raios ou partículas, a serem refletidos pelo objeto e a teoria de que o objeto emitisse algo (hoje em dia diríamos “um sinal”) percebido pelo olho. Ambas as teorias eram correntes na Grécia por volta de (500 a.C.) Platão, (400 a.C.) postulava que as “partículas sutis” eram emitidas pelo olho e refletidas pelo objeto porém, admitia também que os dois mecanismos pudessem agir em conjunto.
Ainda que em Euclides (300 a.C.) possam ser encontrados os inícios da ótica, a Grécia antiga não era propícia ao desenvolvimento das ciências físicas. Com raras exceções, como Arquimedes, preferia-se o caminho da especulação metafísica ao da pesquisa experimental. Al-Hazen (65 d.C.) sugeriu o uso de globos de vidro para aumentar imagens e concentrar a luz. Ptolomeu (150 d.C.) foi quem estudou e mediu os índices de refração da luz.
Em 1267, Roger Bacon discutiu a refração em lentes influenciando a invenção dos óculos mencionados pela primeira vez em Veneza por volta de 1300. Mas o surgimento dos óculos justamente nesta cidade, pode também estar relacionado com os relatos de Marco Pólo, segundo os quais os chineses do século XIII já os conheciam. Nas escavações de Níneve foram encontrados pedaços de vidro polido cuja única interpretação é seu uso como lentes.
A partir do século XIV lentes começaram a ser usadas comumente para corrigir defeitos de visão e como dispositivos de aumento. Este uso atingiu seu apogeu com Leeuwenhoek, detentor de uma técnica extremamente desenvolvida levou o uso do microscópio simples (uma lente ou lupa) ao seu nível mais alto, devendo ser provavelmente o primeiro microscopista. Seus microscópios eram individualmente feitos para cada amostra e durante sua vida produziu centenas, dos quais infelizmente nove definitivamente autenticados. Durante anos descreveu o micromundo a sua volta em uma série de cartas destinadas a Royal Society de Londres na qualidade de membro correspondente o qual se orgulhava imensamente. Alguns de seus “pequenos animais” foram examinados com aumentos de 300 vezes, façanha considerável, mesmo em comparação com alguns instrumentos modernos.
O microscópio simples não é, no entanto, um instrumento muito versátil ou cômodo nas mãos do público em geral. Paralelamente ao desenvolvimento do telescópio no século XVII, surgiu o microscópio composto, constituído no mínimo de uma lente ocular e uma objetiva.
Em 1609, Galileu fez seu primeiro microscópio sendo considerado como época do desenvolvimento mecânico do microscópio os anos compreendidos entre 1650 e 1750. O primeiro aperfeiçoamento foi à tentativa de facilitar o foco, originando o tubo rosqueado dos microscópios de Hartsoeker e Wilson. Logo depois, foi incorporada a lente de campo, introduzida por de Monconys, que surgiu em 1665 no microscópio de Hooke.
Os microscópios de Cuff representam um patamar no desenvolvimento do microscópio que só foi sensivelmente ultrapassado após um século. Em consonância com o desenvolvimento experimentado pela mecânica fina em meados do século XVIII, Cuff passou do uso da madeira e couro para o metal, e reuniu pela primeira vez em um instrumento focalização por parafuso, mesa para amostras, espelhos para a luz transmitida e refletida, que permite equivalência com a disposição moderna.
A qualidade ótica dos microscópios não acompanhou o seu desenvolvimento mecânico. Em torno de 1750 recomendava-se ainda ao pesquisador sério o uso da lente simples capaz de fornecer uma imagem superior à do composto, dito “instrumento confortável para curiosos das ciências naturais”.
A ciência foi se desenvolvendo e com ela a necessidade de novos e mais sofisticados equipamentos. A partir de 1930, uma maneira diferente começou a despertar o interesse dos microscopistas incentivados pelo desenvolvimento do radar e da televisão.
Em 1935 Knoll descreveu pela primeira vez a aplicação do conceito da relação objeto/imagem/tempo e desenvolveu o microscópio eletrônico de varredura. Pouco depois em 1938, von Ardenne construiu um microscópio eletrônico de transmissão no qual a aquisição de imagem era feita por varredura, disposição muito mais tarde retomada na forma de microscópio eletrônico de varredura e transmissão, obtendo um aumento na ordem de 8.000 X, ainda que o tempo exigido para uma exposição não fosse muito prático.
Em 1950, Oatley em Cambridge interessou-se em criar um grupo de pesquisa em ótica eletrônica e retomou o desenvolvimento do microscópio eletrônico de varredura. Foi então desenvolvido um instrumento com características modernas, como utilização de elétrons secundários e retro-espalhados, elucidação dos diversos mecanismos de contraste, e principalmente reconhecida a grande profundidade de campo para o exame de superfícies rugosas.
Em 1952, foi atingida a resolução de 50 nm, que uma década depois havia sido reduzida de um fator de 5 nm; era então chegado o momento de comercializar o microscópio eletrônico de varredura com a Cambridge Instrument Company, a partir de 1965.
A partir de 1943, Castaing sob orientação de Guirnier em Paris, dedicou-se ao desenvolvimento de uma microsonda eletrônica. Nesse instrumento, um feixe colimado de elétrons excita a emissão de raios X, que analisados através da lei de Moseley, permitem análises elementares em um volume da ordem de 1 μm3 do material. Inicialmente concebido como dois instrumentos distintos, o microscópio eletrônico de varredura e a microsonda foram progressivamente reunidos; a disponibilidade destes recursos simultaneamente consolidou definitivamente a posição do microscópio eletrônico de varredura para aplicações como análise de falhas e desenvolvimento de tecnologias industriais.
Durante a década de 90 verificou-se um importante progresso no microscópio eletrônico de varredura: o desenvolvimento dos trabalhos inicial de Danilatos possibilitou a criação do microscópio eletrônico de varredura de baixo vácuo, capaz de operar com pressões até algo acima da pressão de vapor da água. Isto possibilitou não apenas o exame de amostras úmidas (como por exemplo, amostras biológicas), mas também o exame de amostras não condutoras de eletricidade, uma das limitações importantes dos instrumentos tradicionais.
A formação da imagem do microscópio eletrônico por varredura foi provavelmente o desenvolvimento mais importante ocorrido em microscopia no século XX, introduzindo, ao cabo de quase quatro séculos, um novo conceito na visualização de microestruturas.
Em princípio, cada fenômeno físico, com o qual seja possível provocar uma resposta localizada no objeto e adquirir um sinal correspondente, pode ser utilizado como base para um microscópio. Uma das primeiras, e até agora, a mais importante aplicação é utilizar o efeito de tunelamento (efeito quântico, segundo o qual uma pequena corrente “tunela” através de uma fina camada de material isolante). Varrendo a superfície de uma amostra condutora com uma sonda de dimensões atômicas, descreveram em 1982 o microscópio de tunelamento, com o qual obtiveram imagens de resolução atômica.
Segundo eles próprios, conseguiram algo que em princípio nem deveria funcionar. A rapidez com que eles foram reconhecidos e agraciados pelo Prêmio Nobel em 1986 atesta o enorme impacto deste instrumento no desvendamento da estrutura de superfícies em dimensões atômicas, da maior importância no limiar, em nossos dias, da nanotecnologia. Pouco tempo depois, Binning e colaboradores introduziram o microscópio de força atômica, de concepção ainda mais improvável que contornou a limitação do exame apenas de amostras condutoras.
Esta invenção iniciou a era dos Microscópios de sonda de varredura, campo no qual se verificaram atualmente os maiores desenvolvimentos de microscopia. Novas modalidades são propostas continuamente, e só a perspectiva histórica poderá decidir, no futuro, quais deles terão impacto comparável com os grandes desenvolvimentos do século XX, na nossa busca de ver o pequeno.
Adaptado de: MANNHEIMER, W. A. Microscopia dos materiais: Uma Introdução. Rio de Janeiro: E-papers Serviços Editoriais, 2002.
