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07 Ottobre 2019

70 anni di microscopia elettronica: la storia dei SEM compatti Phenom della Thermo Scientific

70 anni fa la Philips ha costruito il primo microscopio elettronico commerciale, rendendo di fatto la tecnica disponibile per i ricercatori di tutto il mondo. Oggi, 70 anni dopo, la microscopia elettronica svolge un ruolo fondamentale in vari campi applicativi, dalla scienza dei materiali all’ambito biologico. Un ruolo importante nel rendere questa tecnologia accessibile a tutti l’hanno svolto i SEM compatti della Phenom, lanciati originariamente nel 2006.
Quest’anno, al compimento dei 70 anni dal lancio commerciale della microscopia elettronica, i prodotti Phenom della Thermo Scientific hanno fatto ufficialmente ritorno nel luogo in cui tutto è nato, ad Eindhoven. In questo articolo faremo una breve escursione lungo i 70 anni della microscopia elettronica ponendo particolare attenzione al mondo Phenom.

La storia della microscopia elettronica

Fin dagli albori della scienza c’è sempre stata l’esigenza di osservare dettagli sempre più piccoli della natura che ci circonda. Uno dei primi strumenti in grado di osservare oggetti microscopici fu creato da Antony van Leeuwenhoek nel 17 secolo e consisteva in una lente particolarmente potente ed un supporto regolabile su cui venivano poggiati i campioni da analizzare. Con questo microscopio relativamente semplice era possibile ingrandire gli oggetti fino a 270 volte. Era il primo passo per un nuovo mondo. Il fattore limitante nel microscopio di Van Leeuwenhoek era la presenza della singola lente. L’aggiunta di una seconda lente gettò di fatto le basi per la microscopia ottica come la conosciamo oggi.
Scienziati ed inventori che tentarono di migliorarne le prestazioni presto si resero conto che il potere risolutivo del microscopio non era limitato solamente dal numero e la qualità delle lenti, ma anche dalla lunghezza d’onda della luce utilizzate per l’illuminazione.
Ma cos’era la luce? Christiaan Huygens, credeva che la luce fosse fatta di onde. Isaac Newton, d’altro canto, la immaginava costituita di piccole particelle chiamate fotoni. Questa disputa fu risolta nel 1801 con gli esperimenti di Thomas Young che dimostrarono la natura ondulatoria dei fotoni.

Da sinistra a destra.: Christiaan Huygens (Traité de la Lumière, 1690), Isaac Newton (Opticks, 1704) e Thomas Young (On the Theory of Light and Colours, 1802)

Un microscopio ottico utilizza le onde luminose per ingrandire un oggetto. Ma l’ingrandimento dipende dalla lunghezza d’onda (λ): quanto minore è λ quanto più piccolo l’oggetto che è possibile osservare. Con la luce visibile era quindi impossibile risolvere due punti che fossero vicini solo poche centinaia di nanometri, il che rappresentava un limite.
Nel frattempo a cavallo del ‘900 gli scienziati stavano studiando l’effetto fotoelettrico, nel quale gli elettroni vengono emessi da un materiale sotto l’influenza della luce. Nel 1905 Albert Einstein pubblicò un articolo in cui dava una spiegazione per quest’effetto (articolo per il quale ricevette il premio Nobel nel 1921), la quale prevedeva che la luce trasportasse l’energia in pacchetti discreti, suggerendo di fatto che si comportasse come una particella. Allo stesso tempo Louis de Broglie ipotizzò nel 1929 che le particelle (nello specifico gli elettroni) potessero comportarsi come onde (ricevendo a sua volta il premio Nobel). Queste intuizioni resero di fatto possibile l’evoluzione della microscopia.
Dato che gli elettroni si comportano come onde e possiedono una λ di circa 100,000 volte più piccola di quella dei fotoni, essi possono essere usati per osservare oggetti molto più piccoli di quanto non si possa fare con il microscopio ottico. Si scoprì inoltre che essendo particelle cariche era possibile utilizzare campi elettrici e magnetici per modellarne i percorsi, alla stregua di come le lenti di vetro erano in grado di piegare e focalizzare la luce visibile.
Ernst Ruska (Università di Berlino) riuscì a sfruttare tutte queste caratteristiche e costruì nel 1933 il primo microscopio elettronico a trasmissione (TEM), lavoro per il quale ricevette il premio Nobel nel 1986.

SEM compatti della Phenom: la microscopia elettronica accessibile per tutti

Tutto ha inizio nel 1949, quando la Philips Electron Optics costruì il primo microscopio elettronico commerciale chiamato EM100, che rese di fatto la microscopia elettronica accessibile ai ricercatori di tutto il mondo. Nel 1997 la P.E.O. venne incorporata nella FEI, un’azienda dedicate allo sviluppo di microscopi elettronici high-end.

A sinistra: 1933, il primo TEM creato dal Philips Research Lab (400 kV). A destra: 1949, primi microscopi elettronici commerciali prodotti dalla Philips.

Il dipartimento R&D della FEI fin dall’inizio cercò nuovi modi di espandere le applicazioni ed il portfolio strumentale ed a partire dal 2001 cominciò un progetto il cui scopo era quello di creare un nuovo microscopio che fosse:

  • dotato di una Colonna 10 volte più piccola di quella standard
  • semplice da manutentare
  • semplice da utilizzare

Una volta che il Laboratorio di Ricerca della Philips creò la nuova colonna, si decise di costruirle attorno il microscopio e nacque così il progetto Phenom, il cui ultimo scopo era quello di costruire un SEM dedicato all’utilizzatore medio, che non richiede di acquisire immagini ad ingrandimenti superiori a 10,000X ed ha bisogno di uno strumento molto semplice e produttivo.

Prototipo della colonna SEM miniaturizzata.

Nell’ottica di rendere il progetto Phenom un successo la FEI decise di coinvolgere una serie di partner presenti nell’area Brainport di Eindhoven, il distretto high-tech della città. Nacque così la partnership con NTS, azienda esperta nel design e nella produzione di sistemi meccanici high-tech, e Sioux, ambiziosa compagnia specializzata nello sviluppo di software integrati. Assieme riuscirono nell’intento di creare per FEI un microscopio semplice, affidabile ed accessibile.

Timeline dei SEM compatti Phenom

Nel 2003, il team Phenom prosegui il progetto seguendo un approccio unico. Invece di pensare a come utilizzare le parti che costituivano un microscopio tradizionale per produrre il SEM compatto, decisero di ripartire da zero. Assieme agli esperti di elettronica, meccanica, software e marketing si decise quali funzionalità dovesse avere il nuovo microscopio. Questa collaborazione portò nel 2006 al lancio del primo SEM compatto Phenom.

La nascita della PhenomWorld

Nel 2009, si decise di creare un’azienda indipendente che avesse dei team dedicati di vendita e marketing, il che portò alla nascita della Phenom-World della quale FEI manteneva solo una quota minoritaria assieme ad NTS e Sioux. Le vendite dei SEM Phenom decollarono fin dal primo anno e proseguirono la loro eccezionale ascesa negli anni successivi, fino a rendere l’azienda leader mondiale del segmento dei SEM compatti, grazie allo sforzo congiunto dei gruppi R&D, della produzione, degli applicativi, del marketing e delle vendite, tutti allocati nel quartier generale d Brainport (Eindhoven).
Lo scopo della Phenom-World fin dall’inizio è sempre stato quello di rendere la microscopia elettronica accessibile per tutti. Il continuo investimento in ricerca e sviluppo ha portato alla nascita di SEM di alta qualità ma al tempo stesso semplici e ricchi di funzionalità. Anche grazie alla partnership con distributori in più di 45 nazioni nel mondo la Phenom è diventata negli anni il riferimento di questo mercato.

La Phenom-World è oggi parte della Thermo Fisher Scientific

Nel 2016 la FEI è diventata parte della Thermo-Scientific, e la Phenom-World l’ha seguita nel 2018 entrando a far parte del portfolio strumentale della Thermo.
Nel 70mo anniversario del lancio del primo microscopio elettronico commerciale la Phenom-World ritorna così luogo in cui tutto ebbe inizio, trasferendosi nella Innovation Powerhouse, l’edificio in cui si trovava originariamente la Philips ad Eindhoven.
Questa acquisizione rappresenta una grande opportunità per creare nuovo valore aggiunto per i ricercatori di tutto il mondo, seguendo la mission della Thermo: rendere il mondo più salutare, pulito e sicuro.

Vuoi saperne di più sul mondo dei microscopi compatti? Contatto il ns. product manager microscopia SEM, Fabio De Simone. Scrivi a fabio.desimone@alfatest.it.

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