Recensie

In cellen kijken met superresolutie

Elektronenmicroscoop

Fundamentele doorbraken in de wetenschap zijn ondenkbaar zonder steeds verfijnder technieken. Zoals de elektronenmicroscoop.

Bekroonde foto: afbreekbaar microkommetje om medicijn bij een tumor te brengen. Foto Tayo Sanders II

Volgens wetenschapshistoricus Steven Shapin gaat achter baanbrekende wetenschappelijke ontdekkingen vaak een ‘invisible technician’ schuil. En er bestaan ook ‘onzichtbare technieken’: zo kon de Nederlandse Nobelprijswinnaar Ben Feringa met behulp van een naaldmicroscoop, een STM, de wereld laten zien dat zijn moleculaire nanomachientjes echt bewogen, en werd alle aandacht voor botsende zwarte gaten en neutronensterren alleen mogelijk dankzij enkele knappe technici die een manier wisten te vinden om met ongekende nauwkeurigheid de trillingen te meten die het gevolg zijn van zwaartekrachtgolven.

Het net verschenen Beelden zonder weerga is een ode aan nog zo’n onzichtbare techniek, de elektronenmicroscoop, waarin met behulp van elektronen de wereld van het allerkleinste in beeld wordt gebracht.

Het Nobelcomité heeft trouwens wel degelijk aandacht voor ‘onzichtbare’ technieken. In 1986 konden de uitvinders van zowel de STM als de elektronenmicroscoop hun prijs in Stockholm komen ophalen. Ook daar heeft het boek uitgebreid aandacht voor. De auteurs proberen een antwoord te geven op de vraag hoe de elektronenmicroscoop tot stand kwam en vooral, waarom het 55 jaar duurde voordat de uitvinder ervan, de Duitser Ernst Ruska, met een Nobelprijs werd geëerd. Daarmee schetsen ze een interessant stuk wetenschapsgeschiedenis, waarin ook Nederlandse wetenschappers — én technici! — een belangrijke rol speelden.

Beelden zonder weerga is ook een ‘biografie van een techniek’. Die techniek vond zijn oorsprong in het Berlijn van de jaren dertig. Het waren de jeugdjaren van de quantummechanica, de theorie die de wereld van de subatomaire deeltjes beschrijft. Waar Einstein ontdekte dat een golfverschijnsel als licht zich ook als een stroom deeltjes gedraagt, draaide de Franse graaf De Broglie het om: ook deeltjes, zoals elektronen, konden zich als een golf manifesteren. En omdat de golflengte van snelle elektronen veel kleiner is dan die van licht kun je met een elektronenmicroscoop veel kleinere objecten in beeld brengen.

Elektronenbundel

Grappig is dat Ruska en zijn collega’s hier helemaal geen weet van hadden. Zij gebruikten elektronenstralen om spanningspieken in het Berlijnse elektriciteitsnet in beeld te brengen met een oscilloscoop. Dat ging alleen met een heel scherpe, gefocusseerde elektronenbundel, en daarvoor werden onder andere magnetische lenzen gebruikt. De elektronenmicroscoop hing in de lucht, en niet alleen in Duitsland. De verschillende componenten waren al in gebruik en vaak ook gepatenteerd, maar het was Ruska die als eerste al die onderdelen samenbracht. Toch is rond dat allereerste ontwerp lang verwarring blijven bestaan. Die was er, naast Ruska’s nazi-sympathieën, de oorzaak van dat hij pas zo laat zijn ultieme erkenning kreeg.

Dat de elektronenmicroscopie nog altijd volop in ontwikkeling is, vormt het derde en laatste deel van het boek. Op het moment dat enorme vergrotingen mogelijk werden, jeukten de handen van biologen en medici om met ongekende resolutie in cellen te gaan kijken. Probleem is dat elektronen zich alleen vrijuit kunnen bewegen in een vacuüm, terwijl biologische structuren het liefst in water zitten, en dat verdampt in een vacuüm. De oplossing was om op een speciale manier biologische structuren en moleculen te bevriezen.

Dit helder geschreven boek heeft zowel de geïnteresseerde leek als de meer technisch onderlegde lezer veel te bieden. Het enige minpunt is dat het veel mooier geïllustreerd had kunnen worden. Het is jammer dat uitgerekend de ‘beelden zonder weerga’ grotendeels ontbreken.