Microscopio

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Cristales de nieve observados con un microscopio electrónico de barrido y coloreados artificialmente.

El microscopio (del griego μικρός micrós, ‘pequeño’, y σκοπέω scopéo, ‘mirar’) es una herramienta que permite observar objetos, que son demasiado pequeños para ser observados a simple vista. El tipo más común y el primero que fue inventado es el microscopio óptico. Se trata de un instrumento que contiene dos lentes que permiten obtener una imagen aumentada del objeto y que funciona por refracción. La ciencia que investiga los objetos pequeños utilizando este instrumento se llama microscopía.

Hay muchos tipos de microscopios, y pueden agruparse de diferentes maneras. Una de ellas es describir el método que utiliza un instrumento para interactuar con una muestra y producir imágenes, ya sea enviando un haz de luz o electrones a través de una muestra en su trayectoria óptica, detectando las emisiones de fotones de una muestra, o escaneando a través y a corta distancia de la superficie de una muestra utilizando una sonda. El microscopio óptico, por ejemplo, utiliza lentes para refractar la luz visible que pasa a través de una muestra finamente seccionada para producir una imagen observable. Otros tipos importantes de microscopios son el microscopio de fluorescencia, el microscopio electrónico (tanto el microscopio electrónico de transmisión como el de barrido) y varios tipos de microscopios de sonda de barrido.

Microscopio compuesto fabricado hacia 1751 por Magny. Proviene del laboratorio del duque de Chaulnes y pertenece al Museo de Artes y Oficios, París.

Historia

Aunque los objetos que se asemejan a las lentes se remontan a hace 4000 años y hay relatos griegos sobre las propiedades ópticas de las esferas llenas de agua (siglo V a. C.), seguidos de muchos siglos de escritos sobre óptica, el primer uso conocido de los microscopios simples (lupas) se remonta al uso generalizado de las lentes en las gafas en el siglo XIII. Los primeros ejemplos conocidos de microscopios compuestos, que combinan una lente objetiva cerca del espécimen con un lente ocular para ver una imagen real, aparecieron en Europa alrededor de 1620. El inventor es desconocido, aunque se han hecho muchas afirmaciones a lo largo de los años. Varias giran en torno a los centros de fabricación de gafas en los Países Bajos, incluyendo afirmaciones de que fue inventado en 1590 por Zacharias Janssen (afirmación hecha por su hijo) o por el padre de Zacharias, Hans Martens, o por ambos, otras afirman que fue inventado por su vecino y rival fabricante de gafas, Hans Lippershey (que solicitó la primera patente de telescopio en 1608), y otras afirman que fue inventado por el expatriado Cornelis Drebbel, de quien se sabe que tenía una versión en Londres en 1619. Galileo Galilei (también citado a veces como inventor del microscopio compuesto) parece haber descubierto después de 1610 que podía enfocar de cerca su telescopio para ver objetos pequeños y, tras ver un microscopio compuesto construido por Drebbel expuesto en Roma en 1624, construyó su propia versión mejorada. Giovanni Faber acuñó el nombre de microscopio para el microscopio compuesto que Galileo presentó a la Accademia dei Lincei en 1625 (Galileo lo había llamado occhiolino, 'ojo pequeño').

El surgimiento de los microscopios ópticos modernos

Microscopio compuesto binocular Carl Zeiss, 1914

El primer relato detallado de la anatomía microscópica de tejidos orgánicos basado en el uso de un microscopio no apareció hasta 1644, en la obra de Giambattista Odierna L'occhio della mosca («El ojo de la mosca»).

El microscopio siguió siendo en gran medida una curiosidad hasta las décadas de 1660 y 1670, cuando naturalistas de Italia, las Provincias Unidas de los Países Bajos e Inglaterra comenzaron a utilizarlo de forma sistemática en el estudio de los seres vivos. El anatomista italiano Marcello Malpighi, considerado por algunos historiadores de la biología el padre de la histología, inició sus investigaciones microscópicas con el estudio de los pulmones. En 1661 describió los capilares sanguíneos, el eslabón que faltaba en la teoría de la circulación de la sangre formulada por William Harvey en 1628, quien no había podido observarlos.

En 1665, Robert Hooke publicó su Micrographia, obra de gran repercusión, sobre todo por la calidad de sus ilustraciones. En ella describió un delgado corte de corcho observado al microscopio, cuyo material aparecía formado por pequeñas cavidades a las que denominó células. Se trataba en realidad de las paredes de células vegetales muertas.

Una contribución decisiva fue la del neerlandés Antonie van Leeuwenhoek, comerciante de paños de Delft sin formación científica académica. Construía él mismo microscopios simples de una sola lente: colocaba una diminuta lente esférica de vidrio, pulida por él mismo, entre los orificios de dos placas metálicas remachadas, y montaba el espécimen en una aguja que se ajustaba mediante tornillos. Con estos instrumentos, de distancia focal muy corta y campo de visión muy reducido, alcanzaba entre 270 y 300 aumentos aproximadamente.

A partir de la década de 1670, Van Leeuwenhoek describió protozoos, bacterias y espermatozoides, y observó los glóbulos rojos, que ya había descrito Jan Swammerdam. En una carta a la Royal Society fechada el 9 de octubre de 1676 comunicó el descubrimiento de los microorganismos, por lo que suele considerársele el fundador de la bacteriología. Nunca reveló sus métodos de fabricación de lentes. A su muerte, en 1723, legó a la Royal Society veintiséis de sus microscopios.

Durante el siglo XVIII, el microscopio experimentó diversos avances mecánicos que mejoraron su estabilidad y su facilidad de uso, pero escasas mejoras ópticas. El principal obstáculo era la aberración cromática, que podía corregirse combinando lentes de dos tipos de vidrio con distinta dispersión, el vidrio crown y el vidrio flint. Hacia 1730 Chester Moor Hall construyó las primeras lentes acromáticas, y John Dollond patentó en 1758 su aplicación a los telescopios. Sin embargo, los objetivos acromáticos de calidad para microscopio no se generalizaron hasta las primeras décadas del siglo XIX.

Las mejoras ópticas más importantes llegaron en la segunda mitad del siglo XIX, cuando Ernst Abbe, que trabajaba con Carl Zeiss en Jena, publicó en 1873 su teoría del microscopio. En ella estableció que el poder de resolución de un microscopio óptico está limitado por la longitud de onda de la luz. En 1878 la empresa Zeiss introdujo los objetivos de inmersión homogénea, en los que el agua se sustituía por aceite de cedro, de índice de refracción similar al del vidrio. Desde entonces, los microscopios ópticos se aproximaron progresivamente a ese límite teórico, que restringe los aumentos útiles a unos 1000-1500. Ese límite impedía observar con detalle muchas estructuras celulares, como el interior del núcleo o de las mitocondrias.

El primer tipo de microscopio electrónico desarrollado fue el microscopio electrónico de transmisión (TEM), que utiliza un haz de electrones en lugar de luz. Max Knoll y Ernst Ruska construyeron el primer prototipo en Berlín en 1931, y en 1933 Ruska logró superar el poder de resolución del microscopio óptico. Los instrumentos posteriores alcanzaron aumentos de más de 100 000. A finales de la década de 1930 y comienzos de la de 1940 se desarrollaron los primeros microscopios electrónicos de barrido (SEM), en los trabajos de Manfred von Ardenne en Alemania y de Vladimir Zworykin y sus colaboradores en Estados Unidos (1942).

Microscopios de fluorescencia

Véase también: microscopio de fluorescencia, inmunofluorescencia y microscopio confocal

Microscopio de fluorescencia con la torreta del cubo de filtros sobre las lentes del objetivo, acoplada a una cámara.

Los desarrollos más recientes del microscopio de luz se centran en gran medida en el auge de la microscopía de fluorescencia en biología. Durante las últimas décadas del siglo XX, especialmente en la era postgenómica, se desarrollaron muchas técnicas para la tinción fluorescente de las estructuras celulares. Los principales grupos de técnicas implican la tinción química dirigida de estructuras celulares concretas, por ejemplo, el compuesto químico DAPI para marcar el ADN, el uso de anticuerpos conjugados con reporteros fluorescentes, véase la inmunofluorescencia, y las proteínas fluorescentes, como la proteína verde fluorescente. Estas técnicas utilizan estos diferentes fluoróforos para el análisis de la estructura celular a nivel molecular tanto en muestras vivas como fijas.

Microscopios de superresolución

Gran parte de la investigación actual (a principios del siglo XXI) sobre técnicas de microscopía óptica se centra en el desarrollo del análisis de superresolución de muestras marcadas con fluorescencia. La iluminación estructurada puede mejorar la resolución en torno a dos o cuatro veces y técnicas como la microscopía de agotamiento de la emisión estimulada (STED) se están acercando a la resolución de los microscopios electrónicos. Esto ocurre porque el límite de difracción se produce a partir de la luz o la excitación, lo que hace que la resolución deba duplicarse para llegar a la superresolución. Stefan Hell fue galardonado con el Premio Nobel de Química 2014 por el desarrollo de la técnica STED, junto con Eric Betzig y William Moerner que adaptaron la microscopía de fluorescencia para la visualización de moléculas individuales.

Microscopios de rayos X

Artículo principal: Microscopio de rayos X

Los microscopios de rayos X son instrumentos que utilizan la radiación electromagnética, normalmente en la banda de los rayos X blandos, para obtener imágenes de los objetos. Los avances tecnológicos en la óptica de las lentes de rayos X a principios de la década de 1970 convirtieron este instrumento en una opción viable para la obtención de imágenes. Suelen utilizarse en tomografía (véase tomografía microcomputada) para producir imágenes tridimensionales de objetos, incluidos los materiales biológicos que no han sido fijados químicamente. Actualmente se está investigando para mejorar la óptica de los rayos X duros, que tienen mayor poder de penetración.

Tipos de microscopios

Véase también

Referencias

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