L'ingénieur allemand Ernst August Friedrich Ruska (1906-1988) a conçu et construit le premier microscope électronique, pour lequel il a reçu le prix Nobel de physique en 1986.
Le microscope électronique, comme de nombreux autres développements technologiques complexes basés sur la recherche scientifique actuelle, ne peut être associé exclusivement à un seul inventeur. Au début des années 1930, plusieurs laboratoires travaillaient sur un super-microscope qui utiliserait des ondes électroniques, au lieu d'ondes lumineuses, pour agrandir un échantillon microscopique. Cependant, il est généralement admis que l'ingénieur allemand Ernst Ruska a conçu et construit les premiers microscopes électroniques fonctionnels (1931-1933). La contribution de Ruska à la science de la physique et à ses applications dans les domaines de la biologie et de la médecine a été reconnue en 1986 lorsqu'il a reçu le prix Nobel avec deux autres pionniers de la microscopie moderne, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer.
Ernst August Friedrich Ruska est né à Heidelberg, en Allemagne, le 15 décembre 1906. Sa famille immédiate et ses plus proches parents étaient tous impliqués dans les sciences dans le cadre universitaire et on supposait qu'Ernst s'inscrirait dans une université allemande afin de poursuivre une diplôme en sciences. Mais Ruska, qui avait longtemps été fascinée par les progrès technologiques du début du XXe siècle, avait d'autres projets. Il entre dans les écoles techniques de Munich et Berlin pour étudier d'abord l'aéronautique puis l'électrotechnique. Ruska a reçu un doctorat de l'Institut de technologie de Berlin en 20. Le sujet de sa thèse de doctorat était l'optique électronique et la technologie de la microscopie électronique.
Pendant la décennie suivante, Ruska a travaillé dans la recherche en ingénierie pour plusieurs entreprises allemandes et en 1944, il a reçu son Habilitation, le diplôme le plus élevé offert par le système universitaire allemand. Après la Seconde Guerre mondiale, Ruska a occupé un certain nombre de postes distingués dans les universités allemandes, y compris la direction de l'Institut de microscopie électronique, Institut Fritz Haber, Berlin-Ouest (1957-1988).
À partir de 1939, il avait reçu de nombreux prix et récompenses d'institutions allemandes et étrangères, aboutissant au prix Nobel de physique en 1986. Il a été honoré pour ses contributions à la physique, à la technologie électronique, à la microscopie et à la médecine. Ruska est décédé à Berlin-Ouest le 30 mai 1988.
Le microscope électronique est un appareil technologique qui s'appuie sur le travail des physiciens modernes, et Ruska possédait la capacité de se déplacer facilement entre les mondes de la physique et de l'électrotechnique. En tant qu'étudiant, il a eu la chance d'avoir des professeurs qui l'ont encouragé dans des projets de recherche qui l'ont amené près des frontières de la physique moderne. L'invention du microscope électronique n'aurait pu être réalisée avec succès que par quelqu'un qui avait une compréhension approfondie des aspects théoriques et pratiques de l'électricité.
La mécanique quantique a fourni la base théorique de la microscopie électronique. Cette théorie a été développée au début du 20e siècle pour expliquer les événements physiques à petite échelle tels que le mouvement des électrons. En 1924, le physicien français Louis de Broglie a affirmé que les électrons se déplaçant à des vitesses très élevées ont une nature ondulatoire. L'hypothèse des particules d'onde de De Broglie a ouvert la voie à l'établissement de la mécanique des ondes en physique et a suggéré qu'un microscope pourrait être construit à l'aide d'ondes électroniques. Parce que la longueur d'onde d'un électron est environ 12,500 2,000 fois plus petite que la longueur d'onde de la lumière visible, un microscope électronique est beaucoup plus puissant qu'un système grossissant utilisant la lumière ordinaire. Plus précisément, un microscope à lumière visible agrandit un objet jusqu'à 1,000,000 XNUMX fois sa taille d'origine; un microscope électronique, XNUMX XNUMX XNUMX fois sa taille d'origine.
La première chose à faire pour un concepteur de microscope électronique est la construction d'un ensemble de "lentilles" pour focaliser le faisceau d'électrons. En 1928, le professeur de Ruska, Max Knoll, lui confia cette tâche. En l'espace de trois ans, Ruska a construit un microscope électronique utilisant deux bobines magnétiques spécialement conçues pour focaliser le faisceau d'électrons à des fins de grossissement. Le modèle primitif de Ruska de 1931 n'a pu être agrandi que 17 fois, mais il a donné une image nette et a prouvé qu'un microscope électronique pouvait être construit.
Quelques jours après que Ruska a annoncé son nouveau microscope, l'un de ses concurrents allemands, Reinhold Rüdenberg, a déposé plusieurs brevets couvrant le grossissement électromagnétique et électrostatique des faisceaux d'électrons. Bien que Ruska ait été empêché d'obtenir le premier brevet pour son invention, cela ne l'a pas empêché de se lancer dans des projets de développement d'un modèle commercial de microscope électronique. En 1938, Ruska, en collaboration avec une équipe de la société électrique Siemens, avait construit des prototypes de microscopes électroniques capables de grossir 30,000 XNUMX fois.
Au fur et à mesure que le microscope électronique évoluait vers la commercialisation et la production de masse, plusieurs problèmes devaient être surmontés. Premièrement, il était nécessaire d'améliorer le grossissement et la résolution de l'instrument afin de produire des images nettes qui révélaient les détails fins de l'échantillon sous observation. Deuxièmement, il était nécessaire de trouver des moyens d'exposer des échantillons biologiques au microscope électronique sans qu'ils soient détruits. L'intense faisceau d'électrons a incinéré des échantillons de matière vivante placés sur son passage.
Des solutions à ces problèmes et à d'autres ont été entreprises par Ruska, mais des groupes de physiciens, de biologistes et d'ingénieurs en Europe et en Amérique se sont joints aux travaux d'amélioration des microscopes électroniques. Ces groupes ont affiné le microscope électronique, ce qui en fait un instrument standard dans les laboratoires avancés de biologie, de science médicale, de métallurgie et de cristallographie. Bien que le microscope électronique moderne ait été utilisé pour de nombreuses utilisations différentes, il s'est avéré crucial dans l'étude des structures cellulaires du matériel vivant.
lectures complémentaires
Certaines informations sur Ernst Ruska peuvent être trouvées dans Frank N.Magill, Les lauréats du prix Nobel: physique, volume 3 (1989) et dans Bertram Schwarzschild, "Prix Nobel de physique décerné pour les microscopes anciens et nouveaux", La physique aujourd'hui (Janvier 1987). Dennis Gabor, Le microscope électronique (1944); L. Marton, Première histoire du microscope électronique (1968); et Peter W. Hawkes, éditeur, Les débuts de la microscopie électronique (1985) couvrent l'histoire de la microscopie électronique et les contributions de Ruska à son développement. □