Antoni van Leeuwenhoek sleep de superieure lenzen voor zijn microscopen waarmee hij veel ontdekkingen deed

Antoni van Leeuwenhoek maakte in de 17e eeuw microscopen die vele malen beter waren dan die van zijn concurrenten. Het was niet duidelijk hoe hij lensjes maakte waarmee hij preparaten tot 270 keer vergrootte. Onderzoek met intense neutronenbundels in het Reactor Instituut in Delft laat zien dat hij deze onovertroffen kwaliteit bereikte met slijpen.

6 april 2018

Het apparaatje van messing dat je tussen twee vingers klemt, lijkt in de verste verte niet op een moderne microscoop. De Nederlandse handelsman en microbioloog Antoni van Leeuwenhoek maakte in de 17e eeuw ruim vijfhonderd van deze apparaatjes, die er door de verrassend goede optische prestaties meerdere ontdekkingen mee deed. Hij zag als eerste rode bloedcellen, bewegende zaadcellen, en structuren in verschillende biologische weefsels. Met Van Leeuwenhoeks instrumenten ging een wereld open, het maakte hem wereldberoemd.

Tot nu toe was onduidelijk hoe Van Leeuwenhoek de minuscule lensjes, slechts een paar millimeter groot, maakte. Slijpen van stukjes glas ligt voor de hand, maar over zijn methodes is weinig bekend. Hij heeft gesproken over glasblazen, maar of dat klopt is de vraag. Het kan evenwel een poging zijn geweest om concurrerende microscoopbouwers op het verkeerde been te zetten.

Onderzoekers van Rijksmuseum Boerhaave (met vier Van Leeuwenhoekmicroscoopjes in hun bezit) en het Reactor Instituut Delft schijnen nu meer licht op de precieze vorm van de lensjes. Ze scanden twee microscoopjes met een intense bundel van zogenoemde neutronen uit de reactor, en keken hiermee door de metalen plaatjes die de lenzen omklemmen. Het levert een zeldzaam kijkje op de productiemethode van Van Leeuwenhoeks lenzen en microscopen.

Een scan met neutronentomografie van een van de microscopen van Antoni van Leeuwenhoek. Duidelijk zichtbaar is de metalen vorm van de microscoop, en het lensje rechts op het gele kruis.
TU Delft/Rijksmuseum Boerhaave met toestemming

Geheimzinnig

Van Leeuwenhoeks ontdekkingen waren een sensatie, maar hijzelf deed altijd erg geheimzinnig over zijn instrumenten. Waarschijnlijk was hij bang voor concurrentie. “De bronnen over de technieken van Van Leeuwenhoek zijn makkelijk op een hand te tellen”, zegt Tiemen Cocquyt, conservator van Rijksmuseum Boerhaave. “Ondanks de verzoeken vanuit onder andere de Royal Society in Engeland –met wie hij correspondeerde over zijn ontdekkingen – voor meer informatie hield Van Leeuwenhoek zoveel mogelijk voor zichzelf. Zelfs aan bezoekende vorsten wilde Van Leeuwenhoek zijn microscopen niet verkopen.”

Gelukkig hebben we de microscopen nog, die informatie bevatten over hun productiemethode. Van de ruim vijfhonderd microscopen die Van Leeuwenhoek maakte zijn er nog elf over, maar onderzoek naar de lensjes is lastig. “Ze zijn ingeklemd tussen twee metalen plaatjes en het stukje dat van buitenaf zichtbaar is, is doorgaans niet meer dan een halve millimeter groot”, zegt Cocquyt. “Openmaken is geen optie en met veel scantechnieken kijk je niet door de metalen plaatjes heen.”

Cocquyt was enthousiast toen het Reactor Instituut Delft het museum benaderde met de vraag of ze objecten wilden scannen met de sterkste neutronenbundels uit hun kernreactor. Een beproefde methode waarmee al meerdere metalen kunstvoorwerpen zijn doorgelicht. Neutronen (elementaire deeltjes die je normaal gesproken vindt in atoomkernen) uit de kernreacties van het uranium in de reactor, worden hiervoor gebundeld en met duizenden kilometers per uur op een object afgeschoten.

De neutronen zijn ladingloos en laten zich – in tegenstelling tot geladen protonen of röntgenstraling – nauwelijks tegenhouden door zeer dichte materialen zoals metalen. Ze vliegen er doorgaans dwars doorheen, tenzij een neutron een atoomkern raakt. Op dat moment verandert hij als een klein biljartballetje van richting. Met een detector achter het object zijn de afgekaatste neutronen op te vangen. Zij vertellen vervolgens iets over de materialen en de structuur van het gescande object. Door een object van verschillende kanten door te lichten, ontstaat een gedetailleerd driedimensionaal beeld met een resolutie tot wel 0,05 millimeter.

Slijpen versus glasblazen

Uit de accurate scan is de vorm van de lens binnenin de microscoop op te maken. “We zien een duidelijke lensvorm, met een scherp randje”, zegt Cocquyt. “Het is niet waarschijnlijk dat je zo’n vorm via glasblazen krijgt. Dan verwacht je een bollere lensvorm, zonder randen. Ik ben zelf bij glaswerkers op bezoek geweest om te kijken wat zij maken met verschillende technieken. De uniforme bolling die dit lensje tot de rand heeft wijst overtuigend op slijpwerk.”

De universiteit in Delft kopte al dat er hiermee een 350 jaar oud mysterie is opgelost, maar nog steeds zijn er vragen. Bijvoorbeeld over hóe Van Leeuwenhoek zijn lenzen sleep. Hij was er in ieder geval extreem bedreven in. “De kwaliteit verschilt per lens, maar je kunt zeggen dat ze over de hele linie verrassend goed zijn. Hij was een vakman die met traditionele technieken lenzen wist te maken die bijna tot de optische limiet presteerden. Zelf honderd jaar later konden anderen nog niet aan deze kwaliteit tippen”, zegt Cocquyt. “Overigens kunnen we niet uitsluiten dat hij toch glasblaasde. Bij deze microscoop deed hij het niet, maar hij heeft er veel meer gemaakt.”

Vreemd ontwerp

De microscoopjes van Van Leeuwenhoek zien er volledig anders uit dan moderne exemplaren. Hoe kan dat? Moderne microscopen hebben twee lenzen, een dichtbij het object en de andere bij het oog. Daarmee regel je eenvoudig de focus en wissel je makkelijk van vergroting met verschillende lenzen. Ook in de 17e eeuw waren er al microscopen met meerdere lenzen, maar bij een vergroting van zo’n dertig keer hield het wel op (moderne optische microscopen halen vergrotingen van ruwweg 500 tot 1000 maal).

Wat betreft prestaties was het makkelijker om maar één lens te gebruiken, zoals Van Leeuwenhoek deed. “Eigenlijk maakte hij een vergrootglas met een zeer korte zogenoemde brandpuntsafstand”, zegt Cocquyt. “Niet alleen het te bekijken object moest hij vlak voor de lens plaatsen, maar ook het oog moet dichtbij de lens zijn. Je moet de microscoop helemaal in je oogkas duwen. Erg prettig is dat niet. Maar Van Leeuwenhoek ontwierp zijn instrumenten volledig op functionaliteit.”

Radioactief pronkstuk

Een mooi resultaat, maar Cocquyt zegt dat hij wel even aarzelde bij de vraag van het Reactor Instituut. “Wil je een historisch pronkstuk blootstellen aan radioactiviteit, waarna het zelf misschien wel radioactief is?”, zegt hij. “Al is een object nog zo bijzonder, je krijgt het echt niet terug als het radioactief is. Uiteindelijk konden de mensen van het Reactor Instituut Delft ons garanderen dat de microscopen er even radioactief uitkomen als ze erin gaan.”

Microscoop Antoni van Leeuwenhoek met op de achtergrond de reactor van het Reactor Instituut Delft.
TU Delft/Rijksmuseum Boerhaave met toestemming

Afhankelijk van de samenstelling maakt de bundel snelle neutronen uit een kernreactor een materiaal ook zelf radioactief. Wanneer een neutron een atoomkern in het materiaal raakt, kan het opgenomen worden. Als die kern het neutron er na verloop van tijd weer uitknikkert heb je te maken met radioactiviteit. “De meeste neutronen verlaten het materiaal vrijwel meteen, waarna de extra radioactiviteit ook verdwenen is”, zegt Lambert van Eijck, onderzoeker van het Reactor Instituut Delft dat het onderzoek uitvoerde. “Maar het koper in het microscoopje van messing (een legering van koper en zink – red.) kan langer radioactief blijven. De enige manier om daarvan af te komen is wachten. Met een zogenoemde halfwaardetijd van twaalf uur konden we na vijf dagen, oftewel tien halfwaardetijden, geen verhoogde mate van radioactiviteit meer meten.”

Deze tijdelijk geïntroduceerde radioactiviteit is nuttig om de precieze samenstelling van het microscoopmateraal te bepalen. De onderzoekers richtten zich vooral op de lens. “Via het zogenoemde gammaspectroscopie konden we achterhalen dat er waarschijnlijk natrium in de microscoop zit dat neutronen uit de bundel opnam”, zegt Van Eijck. “We moeten het nog verifiëren, maar als dit natrium in het glas van de lens is dan zegt dat iets over de samenstelling van het gebruikte glas.”

Zicht op Delft na de kruitramp van 12 oktober 1654, een gigantische explosie die wat er nog over was van de stad bezaaide met glassplinters. Zou dit een bron zijn geweest voor het glas dat Van Leeuwenhoek gebruikte voor zijn microscopen?
Egbert Lievensz via publiek domein

Glas van de kruitramp

Over de herkomst van het glas zou Cocquyt graag meer weten. “Waarschijnlijk gebruikte hij gewoon glas dat ook voor bijvoorbeeld ramen en drinkglazen diende”, zegt Cocquyt. “Interessant is waar hij het vandaan haalde. In de tijd van Van Leeuwenhoek ontplofte er een buskruitopslag in Delft, wat een deel van de stad platlegde. Delft lag waarschijnlijk vol met gebroken glas. Sommigen vermoeden dat dit de bron was voor Van Leeuwenhoeks microscopen. Misschien dat ons onderzoek in de toekomst hiervoor aanwijzingen geeft.”

Hiervoor zijn meer scans nodig, ook van glasmateriaal ter referentie. “Ik gok zo dat ik de komende tijd vaker naar Delft moet met verschillende soorten glas”, besluit Cocquyt.