Microscopio electrónico de barrido

El microscopio electrónico: una mirada a otros mundos

Por: Mou D. Khamlichi
Actualizado el 6 de abril de 2021
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El microscopio electrónico surge como respuesta al insuficiente agrandamiento o ampliación de las imágenes producidas por el microscopio óptico. Esta limitación se debe a que la longitud de onda de la luz visible, es de una magnitud tal; que solo es capaz de producir imágenes con relaciones de agrandamiento que oscilan entre las 500 y 1000 veces superior a la abertura del lente.

Dado este estado, dos científicos, E. Ruska y M. Knoll, en la tercera década del siglo XX crean la primera versión de este tipo de microscopio. Este diseño tuvo sus antecedentes científicos basados en el desplazamiento ondulatorio de electrones.

Los cuales, mediante una aceleración causada por la elevación de voltaje, reducen su longitud de onda. Permitiendo así conseguir imágenes de mayor relación de agrandamiento y mejor resolución.

Cualidades del microscopio electrónico

Por la relación que existe en el agrandamiento, entendemos la cualidad de uno de estos microscopios de rendir imágenes de notable tamaño; y por su resolución, debemos entender la capacidad que posee una imagen de mostrar los más pequeños detalles del objeto; diferenciados entre sí, es decir, evidenciar los detalles de su estructura.

La creación del mismo ha sido para la investigación científica, la puerta de entrada a un mundo no conocido, pero intuido e imaginado. Además, este ha cimentado y maximizado el desarrollo de disciplinas como la microbiología y la nanotecnología. El mundo micro se nos ha hecho más evidente y continúa deslumbrándonos.

Antecedentes del microscopio electrónico

A continuación, mencionaremos algunos acontecimientos y características que se suscitaron antes y durante de la invención de este tipo de microscopio.

  • En un esfuerzo por aumentar la resolución del microscopio óptico, y obtener imágenes más nítidas y de mayor tamaño; se realizaron experimentos de microscopios de luz ultravioleta (radiación invisible) de menor longitud de onda que la luz visible.
  • Antes de su invención se diseñó un microscopio que funcionaba aún con energía electromagnética, en este caso rayos X. Pero, resultó muy oneroso, ya que requería largos tiempos de pose para impresionar una placa; y por la imposibilidad de enfocar estos rayos sobre la muestra.
  • La pantalla fluorescente fue la base sobre la que se obtuvo la imagen.
  • El tubo de rayos catódicos, fue una especie de cilindro que actuaba como cámara de vacío; y los electrones, una vez en movimiento por la acción de un campo eléctrico, se propagaban en el espacio vacío.
  • Asimismo, el efecto de convergencia de los campos magnéticos sobre el haz de electrones coadyuvó mediante una interpretación analógica. Así se pudo establecer la similitud con los lentes ópticos. Que tienen la función de concentrar los rayos de luz hacia un mismo punto, con la finalidad de aumentar la nitidez de la imagen producida.

Todos estos experimentos precedentes, dieron a M. Knoll y Ernest Ruska una visión muy amplia para el diseño y construcción del primer prototipo de microscopio electrónico. Que vendría a resolver el problema de la obtención de imágenes microscópicas de mayor tamaño y resolución que las producidas por el microscopio óptico.

Ya en 1939, estaba siendo lanzado comercialmente al mercado por la compañía Siemens. Estrategia que otros países emularon preparando y fabricando sus propios modelos e incorporando mejoras. Canadá, Estados Unidos y Japón han sido los más destacados.

¿Qué es un microscopio electrónico?

Empecemos desglosando los dos vocablos griegos que forman la palabra microscopio, en primer lugar, tenemosmicro que significa «muy pequeño». Además, es un prefijo que precedente a una unidad de medida significa una parte de un millón de ella. En segundo lugar, tenemos skopeõ que es «examinar».

Ahora en tercer lugar, vemos el adjetivo electrónico que se refiere a electrón, que es una parte estructural del átomo, de carga eléctrica negativa.

Decimos entonces que este microscopio, es un instrumento que permite examinar muestras científicas; con la particularidad de hacer imágenes muy ampliadas de objetos micro (células, tejidos, virus, etc.) de una gran resolución; mediante la emisión de un rayo de electrones.

Composición de sus partes

Debemos acotar que todas las partes que enunciaremos están contenidas en una especie de tubo cilíndrico, llamado carcasa; con una altura aproximada de 1,5 metros, que funciona en su interior como cámara de vacío. Esto es una condición necesaria para que los electrones no se dispersen y puedan ser concentrados para impresionar la muestra.

De la parte superior a la inferior, de modo esquemático, un microscopio electrónico está integrado por:

  • Un cañón de electrones o emisor, encargado de disparar la corriente eléctrica de alto voltaje que permite la aceleración del haz de electrones.
  • Un electrodo de salida de corriente denominado cátodo.
  • Otro electrodo, llamado ánodo que conduce la corriente a un tubo de descarga.
  • Condensadores o lentes electromagnéticas, denominación analógica con los lentes ópticos; que en realidad son electroimanes que hacen converger el haz de electrones hacia un determinado punto.
  • El sistema de deflección, que consiste en un par de bobinas deflectoras que funcionan desviando el fluido eléctrico debido a un campo magnético.
  • Portamuestrasdonde es colocada la muestra a examinar.
  • Un lente objetivo, es el que define la calidad de la imagen, de distancia focal de 1 a 1,5 mm.
  • El Lente intermedio, que aumenta o disminuye la imagen dependiendo del aumento o disminución de la potencia del flujo eléctrico.
  • Un lente de proyección,como su nombre lo indica, cumple la función de proyectar la imagen en la pantalla fluorescente y pudiendo elegir entre varios aumentos.
  • Una pantalla fluorescente, en modelos antiguos, pero en los modelos actuales un sensor CCD (sensor digital); que recibe la imagen y la transfiere a la computadora u ordenador.

Funcionamiento

Enunciadas las partes del microscopio electrónico veamos ahora de una manera esquematizada su funcionamiento.

Alcanzado el nivel de vacío requerido para su puesta en marcha y colocada la muestra a examinar en su portamuestras; además, al estar puestos en punto los generadores de alto voltaje y el sistema de enfriamiento; el rayo de electrones es lanzado desde el emisor o cañón.

Este rayo es dirigido en su trayectoria por diversos condensadores y lentes que lo hacen converger hacia la muestra a observar. En el impacto con ella algunos electrones pueden rebotar mientras que otros atraviesan la muestra. Son estos últimos los que forman la imagen sobre la pantalla fluorescente o el sensor digital que habrá de procesarla.

En este punto, es válido señalar que las imágenes producidas por el microscopio electrónico carecen de cromatismo; a las imágenes a color les ha sido añadido el mismo. El color es una cualidad del espectro electromagnético visible que oscila entre los 400 y 700 nm, de longitud de onda; es decir, de la luz (fotones), los electrones no poseen esta característica, son acromáticos.

Calidad de las imágenes producidas

En cuanto a la calidad de las imágenes producidas, va a depender en primer término del modelo de microscopio y de su resolución. Además, de su puesta en punto, del tratamiento dado a la muestra para registrar una imagen aceptable (tinción y recubrimiento metálico); y en gran medida del lente objetivo que en última instancia la determina.

La ausencia de calidad de la imagen microscópica tiene diversas causas y vamos a enumerar las más comunes:

  • Puntos de color, puntos blancos y puntos negros que afectan la apariencia de la imagen; puede ocurrir debido al sensor digital sin mantenimiento, o también por pixeles erróneos.
  • Densidad pronunciada en medio de la imagen.
  • Falta de contraste o también exceso del mismo.
  • Líneas claras alrededor de la muestra.
  • Falta de nitidez.

Todos estos defectos de la imagen microscópica logran ser corregidos mediante el uso de algún software de postproducción digital. Aunque cabría considerar si en la falta de nitidez, esté involucrada la trepidación del aparato.

Microscopio electrónico
Microscopio electrónico de la universidad de la Laguna en Tenerife (España)

Clases de microscopios electrónicos

Independientemente de marcas y modelos, en esencia existen unas tres clases básicas, estas son los siguientes:

De transmisión

Este logra emitir un rayo de electrones que; guiado a través del cuerpo interior del instrumento por los condensadores, deflectores y lentes; va a incidir en la muestra a fin de lograr un aumento (relación de agrandamiento) significativo y realizar la imagen de la misma.

Las muestras presentadas a este microscopio deben ser cortadas muy finamente en espesores hasta de 2000 angströms; para que sean atravesados con los electrones y estos han de registrar la imagen sobre la pantalla fluorescente o el sensor digital.

A las muestras se le realizan cortes con cuchilla de diamante; por ser muy precisos estas incisiones ayudan a preparar la misma en casos de tinción y aplicación de soluciones para crear contraste.

Para que tengamos una idea de la estupenda relación de agrandamiento de este instrumento; diremos que podemos observar objetos de tamaño de 200 nm. Teniendo en cuenta que un nanómetro equivale a la milmillonésima fracción de un metro, es sencillamente excepcional.

De barrido

Tiene una diferencia fundamental con el de transmisión; y es que el rayo de electrones va incidiendo en la muestra, no de una sola vez, sino en una especie de escaneo o de barrido. La muestra se prepara en la mayoría de casos con un recubrimiento metálico que hace que los electrones que inciden en ella reboten.

La enorme cantidad de esos electrones rebotados, que se desplazan en diversas direcciones; son registrados por unos sensores que permiten la generación de una imagen tridimensional de la muestra. Además, aporta gran resolución, pero de menor agrandamiento que las imágenes obtenidas con el de transmisión.

Otros datos interesantes del microscopio de barrido

Otro dato interesante que podemos acotar es sobre uno de sus elementos, el portamuestras basculante; que deja modificar la posición de la muestra a fin de que el barrido de electrones alcance otras partes de la superficie.

Hablemos de los tres atributos más sobresalientes de este microscopio. En primer lugar, tenemos el gran poder resolutivo, el cual es variable de acuerdo a la potencia en KV usada con la muestra. Si usamos una potencia de 30 KV la resolución es de 200 angströms; y si usamos una potencia de 1 KV la resolución es de 1400 angströms o 140 nm.

En segundo término, haremos mención de la profundidad de campo, que es un concepto tomado de la óptica. Hace referencia a la expansión o contracción de la nitidez de una imagen dependiendo de factores; como el enfoque, la abertura del objetivo y la distancia focal del lente.

Considerando los diminutos tamaños de las muestras la profundidad de campo se expande en medidas ínfimas, pero suficientes para aportar una excelente nitidez.

En tercer lugar, se debe mencionar que el contraste es casi natural entre zonas claras y oscuras. Debido al sistema colector que consigue captar los electrones secundarios (es decir, aquellos que rebotan de la muestra). Cuando el colector capta la cantidad máxima de estos electrones retrodirigidos, produce el mejor contraste.

De Barrido y transmisión

Esteconjuga las mejores características y funciones de los dos microscopios que anteceden. Su atributo fundamental es la resolución de la imagen. Podemos decir sin equivocarnos que este es un verdadero «dos en uno».

La mirada objetiva del microscopio electrónico

Una larga cadena de experimentos científicos, concatenados unos a otros; nos hacen evolucionar en nuestras concepciones, percepciones y conocimientos que tenemos del mundo que nos rodea. Cada praxis científica enmarcada en la rutina del ensayo y el error nos abre un universo de posibilidades.

El microscopio electrónico,que nos revela el fascinante mundo micro, es una de las creaciones más penetrantes de la ciencia; su antecedente óptico, en las diversas versiones; trazó el sendero que habría de conducirnos a una nueva forma de ver en lo profundo de la discontinuidad de la materia.

Es un modo de observar que acontece extrañamente sin luz, en un ambiente de alto vacío. A elevadas temperaturas por la generación de alto voltaje; con el desplazamiento rectilíneo de movimiento ondulatorio de un haz de electrones. Entre emisores, cátodos, ánodos y electroimanes que concentran el fluido eléctrico hacia la muestra que forma las imágenes que constituyen esa nueva forma de ver.

El microscopio electrónico nos ofrece un ver objetivo, lleno de registro, que descarnadamente muestra y exhibe lo que está ahí. Sin subjetividad ni mitos, sino con un alto sentido de veracidad y de ciencia que nos abre el camino para una mirada a otros mundos.

Referencias:

www.mundomicroscopio.com/microscopio-electronico/

https://traductordeciencia.es/como-funciona-un-microscopio-electronico/


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Mou D. Khamlichi

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