Het onzichtbare zien

In de jaren 1670 sleep de Nederlandse textielhandelaar Antonie van Leeuwenhoek kleine glazen lenzen en bekeek hij vijverwater, schraapsel van tanden en regenwater. Hij zag levende "diertjes" waarvan niemand wist dat ze bestonden. Zijn microscopen met één lens vergrootten tot ongeveer 270 keer. Een moderne schoolmicroscoop kan 1.000 keer vergroten, maar er is een addertje onder het gras: een grotere vergroting geeft niet hetzelfde als een duidelijker beeld.

Vergroting maakt het beeld groter. Resolutie is de kleinste afstand tussen twee punten waarbij je ze nog als twee punten kunt zien. Als de resolutie slecht is, krijg je door sterker te vergroten alleen een grotere waas. Dit heet lege vergroting.

Bij een lichtmicroscoop wordt de resolutie beperkt door de golflengte van het licht. De limiet van Abbe zegt dat de kleinste afstand die je kunt onderscheiden ongeveer

d = λ ÷ (2 × NA)

is, waarbij λ de golflengte van het licht is en NA de numerieke apertuur van de lens, een getal dat aangeeft hoeveel licht de lens opvangt. Neem groen licht met λ ≈ 550 nm en een zeer goede lens met NA ≈ 1,4: d ≈ 550 ÷ 2,8 ≈ 200 nm.

Een bacterie van ongeveer 2,000 nm is dus tien keer groter dan de limiet en is duidelijk zichtbaar. Een influenzavirus van ongeveer 100 nm is kleiner dan de limiet. Een lichtmicroscoop kan het alleen als een vage waas laten zien, als dat al lukt.

Elektronenmicroscopen gebruiken een balk elektronen in plaats van licht. Snelle elektronen gedragen zich als golven met golflengten die veel korter zijn dan zichtbaar licht. Daardoor kunnen ze details van ongeveer een nanometer of zelfs kleiner onderscheiden in de beste instrumenten. De eerste elektronenmicroscoop werd begin jaren 1930 gebouwd. In 1939 publiceerden onderzoekers in Duitsland elektronenmicrofoto's van het tabaksmozaïekvirus, een van de eerste afbeeldingen van een virusdeeltje. (Virussen stonden sinds de jaren 1890 bekend als "filterbare ziekteverwekkers", omdat ze door filters heen gingen die bacteriën tegenhielden. Tot dat moment had niemand er een gezien.)