Microscopios Electrónicos

El mundo microscópico siempre ha sido un misterio para nosotros. En multitud de películas, series y libros los protagonistas consiguen hacerse muy pequeños y empiezan a describir un mundo extraordinario (salido de la cabeza imaginativa del autor), muy diferente del que entendemos como real. Pero, la verdad, es que no estamos tan alejados de observar cómo son realmente los componentes más ínfimos que construyen toda la materia. Aunque, evidentemente, sigue existiendo una barrera que nuestros avances no han podido superar, la existencia de instrumentos como los microscópicos electrónicos nos permiten observar con nuestros ojos cosas que antes eran tan solo fantasía.

¿Qué es un microscopio electrónico?

Dado que la longitud de onda de la luz es \(100\,000\) veces mayor que la de un electrón, los microscopios ópticos no pueden emplearse para identificar ciertas estructuras. Por eso, la infraestructura de diversas muestras biológicas e inorgánicas se examina con microscopios electrónicos. Estas muestras incluyen células, muestras de biopsias, cristales, metales, grandes moléculas, microorganismos, etc.

Fig. 1: Ejemplo de un microscopio electrónico.

¿Quién fue el inventor del microscopio electrónico?

El primer prototipo de microscopio electrónico (que fue la primera demostración práctica del funcionamiento de un microscopio electrónico) fue desarrollado por Ernst Ruska, en 1931. Ese mismo año, Reinhold Rudenberg obtuvo la patente del microscopio electrónico.

Mientras que las primeras imágenes de un prototipo de microscopio electrónico fueron logradas en 1931 por Ernst Ruska, utilizando los conceptos de la patente de Rudenberg, el primer microscopio electrónico con mayor resolución que un microscopio óptico fue construido por Ernst Ruska en 1933.

Fig. 2: Otro microscopio electrónico construido por Ernst Ruska, en 1949.

Sin embargo, el primer microscopio electrónico comercial fue fabricado por Siemens en 1938. Reinhold Rudenberg era el director científico en ese momento.

Tipos de microscopios electrónicos

Existen dos tipos de microscopios electrónicos que se emplean actualmente, el microscopio electrónico de transmisión y el microscopio electrónico de barrido. Ambos tienen sus ventajas y modos de uso. ¡Veamos cómo son!

Microscopio electrónico de transmisión (MET)

El microscopio electrónico de transmisión (MET) es la primera forma original del microscopio electrónico. Este microscopio genera una imagen iluminando la muestra con un haz de electrones de alto voltaje. Se utiliza en diversos campos como la nanotecnología, la medicina, el análisis forense, la industria, la educación, etc.

Veamos cómo funciona un microscopio electrónico de transmisión, paso a paso.

Fig. 3: Esquema de cómo funciona un microscopio electrónico de transmisión.

1. Una fuente de electricidad de alto voltaje da energía al cátodo del microscopio.
2. El cátodo funciona de forma similar a un cañón de electrones en los rayos catódicos y consiste en un filamento calentado. Crea un haz de electrones que se abre paso en el microscopio, al igual que la luz en los microscopios ópticos.
3. La primera lente —que es una bobina electromagnética— convierte los electrones en un haz más potente, por concentración.
4. La segunda lente ayuda a que el haz se enfoque en una zona concreta de la muestra.
5. La muestra se coloca en una rejilla de cobre en el tubo del microscopio. Cuando el haz de electrones la atraviesa, capta una imagen de la muestra.
6. La tercera lente ayuda a ampliar la imagen.
7. Cuando el haz de electrones llega a una pantalla fluorescente, situada en la base de la máquina, aparece la imagen.
8. La imagen puede verse a través de unos prismáticos situados a un lado o de un monitor conectado a un intensificador de imagen.

Microscopio electrónico de barrido (MEB)

El microscopio electrónico de barrido (MEB) sondea la muestra con un haz de electrones concentrado, que se escanea a través de una región rectangular de la muestra para obtener imágenes. Este se utiliza en el control de calidad, el análisis de fallos y la ciencia de los materiales para la investigación.

Veamos cómo funciona un microscopio electrónico de barrido, paso a paso.

Fig. 4: Esquema de cómo funciona un microscopio electrónico de barrido.

1. Los electrones se envían al tubo del microscopio.
2. El tubo del microscopio se mantiene en una cámara de vacío sellada, ya que los haces de electrones particulares no pueden viajar bien a través del aire.
3. El ánodo atrae los electrones hacia sí y los convierte en un haz energético de electrones.
4. Una bobina electromagnética actúa de forma similar a una lente y enfoca el haz hacia una región precisa.
5. El haz de electrones es dirigido, de lado a lado, por una bobina inferior.
6. El haz se propaga por el objeto de forma controlada.
7. Los electrones del haz de electrones impactan en el objeto y se reflejan en su superficie.
8. Un detector identifica los electrones reflejados y los convierte en una imagen.
9. La imagen del objeto puede verse en un monitor.

¿Cuáles son las diferencias entre los microscopios electrónicos y los ópticos?

Has conocido algunas de las ventajas de los microscopios electrónicos, como el aumento y la mayor resolución; pero, también hay algunas desventajas con respecto a los microscopios ópticos.

Ventajas de los microscopios electrónicos

Los microscopios electrónicos tienen varias ventajas en comparación con los microscopios ópticos:

• Los microscopios electrónicos permiten analizar pequeñas estructuras, que no pueden analizarse con los microscopios ópticos.

  • Esto se debe a que la longitud de onda de los electrones es \(100\,000\) veces menor que la longitud de onda de la luz y la resolución que podemos obtener con los microscopios electrónicos está en el rango de hasta \(0,2\,\,\mathrm{nm}\).

• Los microscopios electrónicos tienen una amplia gama de aplicaciones: en la industria, la ciencia biomédica y para analizar microorganismos, células, etc.

• Los microscopios electrónicos pueden producir imágenes de alta resolución cuando se utilizan correctamente; esto que permite ver estructuras complejas que otros microscopios no pueden ofrecer.

Desventajas de los microscopios electrónicos

El uso de los microscopios electrónicos también tiene algunas desventajas:

• Los microscopios electrónicos únicamente pueden producir imágenes en blanco y negro, mientras que los ópticos nos permiten obtener imágenes en color.

• Los microscopios electrónicos suelen ser caros, mientras que los microscopios ópticos son más asequibles.

• Aunque la tecnología está mejorando, los microscopios electrónicos siguen siendo de mayor tamaño, en comparación con otros microscopios.

• Como el microscopio electrónico requiere que las muestras se analicen en el vacío, para evitar que los electrones se dispersen en el aire al chocar con otras moléculas, los especímenes vivos no pueden analizarse con microscopios electrónicos.