Microscopios

Ya sabemos que la biodiversidad de todo el planeta está gobernada por una cantidad absurda de organismos diferentes, muchos de los cuales son completamente invisibles a los ojos de los primates, como los humanos. Quizá lo más impresionante sea el hecho de que, hasta hace relativamente poco, no teníamos ni idea de la existencia de la forma más básica de vida: la célula. De hecho, nos limitábamos a suponer que la vida surgía espontáneamente de la materia inanimada.

En los últimos siglos, hemos conseguido desvelar algunos secretos sobre el verdadero funcionamiento de la vida. ¿Qué nos llevó exactamente de nuestro aparentemente destinado estado de ignorancia homínida a nuestra actual comprensión de los microbios y la teoría celular? Bueno, todo empezó con unos tipos jugando con unas gafas.

• Este artículo trata sobre los microscopios.
• En primer lugar, estudiaremos qué es un microscopio.
• A continuación, haremos un viaje por la historia de los microscopios.
• Después, analizaremos el funcionamiento del microscopio.
• Continuaremos nuestro paseo por el mundo de los microscopios con los tipos de microscopios que existen.
• Exploraremos en profundidad los microscopios ópticos y los microscopios electrónicos.
• Luego, aprenderemos cuáles son las partes de un microscopio.
• Para terminar, diferenciaremos los microscopios ópticos de los electrónicos.

¿Qué es un microscopio?

Historia de los microscopios

La microscopía nació probablemente en algún momento del siglo XVII. No sabemos con certeza quién inventó el primer microscopio, pero sí conocemos a las personas que los mejoraron y aportaron conocimientos a la ciencia con la utilización de este aparato.

Uno de ellos fue Antonie van Leeuwenhoek, científico holandés que en 1674 realizó las primeras observaciones de bacterias y protozoos, razón por la que se le conoce como el “padre de la microbiología”.

Por la misma época, un polímata inglés llamado Robert Hooke publicó un libro revolucionario titulado Micrographia (1665), que incluía ilustraciones pioneras del microcosmos. Observando el corcho a través de un microscopio, se dio cuenta de que su superficie estaba llena de agujeros, similares a las de un panal. Se refirió a cada una de esas celdas como células (Fig. 1).

Fig. 1: Corcho observado al microscopio. Observa que los agujeros se parecen a las celdas de un panal.

Funcionamiento del microscopio

Sin embargo, aumentar el tamaño de una imagen no significa necesariamente que logremos verla claramente. Para esto hay dos propiedades básicas en los que se basa la claridad de una imagen:

Tipos de microscopios

Existen muchos tipos diferentes de microscopios, pero comúnmente se reconocen dos tipos principales en función del mecanismo que usan para visibilizar el espécimen: los microscopios ópticos y los microscopios electrónicos.

Microscopios ópticos

Los microscopios ópticos o de luz utilizan luz visible para crear una imagen magnificada de un objeto. Dicha luz se refleja en la muestra para luego ser desviada por un lente o sistema de lentes que van ampliando ópticamente la imagen (Fig. 2).

Fig. 2: Microscopio óptico.

La mayoría de los microscopios empleados en biología celular son compuestos, lo que implica la presencia de al menos dos lentes en su diseño.

• Una vez que el objeto está bien iluminado, su luz pasa a través de una lente objetivo, que produce una primera ampliación.
• La imagen resultante pasa después a través de una lente ocular, que la amplía de nuevo.
• Es mirando por dicha lente ocular cómo la imagen final está lista para ser vista por el ojo humano.

La mayoría de los microscopios para estudiantes se encuadran en esta categoría, en parte porque son mucho más accesibles económica y logísticamente para utilizar en comparación con los electrónicos. Sin embargo, los microscopios ópticos también se emplean ampliamente gracias a varias ventajas que presentan sobre los microscopios electrónicos:

• La capacidad de observar células vivas a través de ellos.
• Los especímenes requieren relativamente poca preparación.
• Los especímenes pueden verse en color.

Microscopios electrónicos

Después de leer la lista de ventajas que poseen los microscopios ópticos, es posible que te preguntes por qué alguien querría otra alternativa. La respuesta está en la extrema potencia de resolución de los microscopios electrónicos.

Su fórmula secreta, como su nombre indica, es el uso de electrones acelerados para iluminar las muestras. Estos tienen una longitud de onda mucho más corta que la de los fotones de la luz visible, por lo que su poder de resolución es significativamente mayor. El microscopio electrónico utiliza lentes magnéticos, en lugar de lentes de vidrio, para enfocar el haz de electrones hacia la muestra. Así mismo, necesita de un detector, que es el que capta los electrones y permite hacer visible la imagen para el ojo humano.

Las principales diferencias, algunas ventajosas y otras desventajosas, que presenta su uso en comparación con los microscopios ópticos son:

• Las muestras deben estudiarse al vacío, para no interferir ni dispersar el haz de electrones que se dispara, lo que puede ser producido por la sola presencia de aire.
• Este proceso implica que no se pueden observar células vivas.
• También implica que las muestras llevan una preparación más complicada, pasos como el secado y la congelación forman parte de un procedimiento necesario.

Existen dos categorías principales de microscopios electrónicos: microscopios electrónicos de transmisión (MET) y microscopios electrónicos de barrido (MEB).

Microscopio electrónico de transmisión (MET)

Los microscopios electrónicos de transmisión se utilizan principalmente para estudiar las estructuras internas de los objetos. Su modus operandi consiste en transmitir el haz de electrones directamente a través de la muestra, lo que los convierte en el equivalente en método a un microscopio óptico (con cientos de miles de veces su resolución, por supuesto).

Fig. 3: Imagen del aluminio tomada con un microscopio electrónico de transmisión.

En consecuencia, las muestras deben ser extremadamente finas: cuanto más finas sean, mayor será la resolución de la imagen final. Son una herramienta esencial en el estudio de estructuras microscópicas como virus y orgánulos celulares, por nombrar solo un par.

Microscopio electrónico de barrido (SEM)

En lugar de hacer pasar electrones a través de una muestra cortada (para observar su aspecto interno), los microscopios electrónicos de barrido reflejan electrones en la superficie de la muestra.

Fig. 4: Imagen de la Salmonella tomada con un microscopio electrónico de barrido.

Dado que no requieren muestras extremadamente finas, se utilizan para estudiar una gama impresionantemente amplia de objetos y estructuras, como cristales, rocas, partículas, invertebrados diminutos, microorganismos unicelulares y semillas, entre muchos otros.

Partes de un microscopio

Como hemos visto, existen varios tipos de microscopios y sus partes específicas dependen de cada tipo. En general podemos clasificar las diferentes partes de un microscopio en tres componentes o sistemas principales con base en su función en el proceso de creación y magnificación de la imagen:

• Sistema de iluminación (o visibilización): ya sea una fuente de ondas de luz visible o de un haz de electrones.
• Sistema óptico: incluye las estructuras que crean la imagen magnificada, es decir, los lentes.
• Sistema mecánico: permite realizar los movimientos y ajustes necesarios para enfocar de forma correcta la muestra. También puede incluir la estructura base del microscopio que sostiene todos los demás componentes.

Nos centraremos en los microscopios ópticos compuestos para repasar su estructura, diseño y funcionalidad (Fig. 5). El orden en que presentamos cada una de sus partes no se relaciona al sistema al que pertenece sino al orden en que podemos encontrarlos en el microscopio (desde la fuente de luz hasta la observación de la imagen):

• Iluminador: fuente eléctrica de luz visible situada en la parte inferior del microscopio, que apunta hacia arriba, hacia la muestra. Suelen tener una potencia de unos 110 voltios.
• Condensador: formado por lentes condensadoras que concentran, o enfocan, la luz procedente del iluminador hacia la muestra. Situado directamente debajo de la platina.
  • Diafragma del condensador: con forma de anillo, puede abrirse o cerrarse para regular la cantidad de luz que alcanza al espécimen.
• Platina: aquí es donde se coloca la muestra o espécimen. Suele ser una plataforma (superficie plana) con uno o dos ganchos para sujetar el portaobjetos y un orificio en el centro por el que pasa la luz. Generalmente, es móvil para centrar la muestra en el campo de visión.
• Mandos giratorios: a cada lado del microscopio hay dos conjuntos de mandos con el fin de enfocar correctamente la muestra.
  • Botones macrométricos: los grandes, pegados al propio cuerpo del microscopio, se denominan ajustes gruesos y sirven para modificar la distancia entre la muestra y el objetivo.
  • Botones micrométricos: de cada botón macrométrico sobresale una versión más pequeña llamada ajuste fino. Sirve para el mismo propósito que su homólogo más grande, solo que con una calibración mucho más fina y precisa.
• Revólver giratorio (torreta): aloja las lentes objetivo. Es giratorio para poder intercambiar las lentes según el aumento que necesitemos. Estas lentes suelen tener potencias de 4x, 10x, 40x y 100x respectivamente. Todas están montadas en la torreta y apuntan hacia la platina.
• Ocular: es la estructura que posee la lente ocular, desde el que observamos la muestra. Puede ser monocular o binocular. Las lentes oculares tienen un aumento propio, normalmente 10x.

Fig. 5: Partes del microscopio.

Diferencia entre microscopio óptico y electrónico

Hemos discutido ya algunas diferencias entre los microscopios ópticos y electrónicos, aquí presentamos un resumen de éstas, tanto técnicas como logísticas.

Tabla 1: Principales diferencias entre los microscopios ópticos y compuestos.