Los microscopios (y III)

Experientia docet

A lo largo del siglo XX aparecieron microscopios que hacían uso de efectos cuánticos, con lo que no empleaban luz visible. Muchos de ellos, como el microscopio de fuerza atómica o el de efecto túnel se convertirían en el XXI en claves para el desarrollo de la física del estado sólido y de la electrónica, espintrónica y plasmónica de nuevo cuño. Con todo, el microscopio que marcó el desarrollo del conocimiento científico y tecnológico durante el siglo XX fue el microscopio de electrones, normalmente llamado electrónico.

Hoja de lavanda. Imagen: Philippa Uwins / Wikimedia Commons
Hoja de lavanda. Imagen: Philippa Uwins / Wikimedia Commons

El microscopio electrónico se caracteriza por una columna de vacío que contiene en el extremo superior una fuente de alto voltaje que suministra los electrones que, en su camino hacia el otro extremo atraviesan campos electromagnéticos que actúan como lentes, un soporte para la muestra y un sistema de imagen que recoge los electrones. Si el microscopio es de transmisión (TEM por sus siglas en inglés) el haz de electrones pasa a través del objeto. Si el microscopio es de barrido (SEM) un haz relativamente pequeño barre el objeto para obtener información de su superficie.

Microsopio electrónico de Ruska
Microsopio electrónico de Ruska

Los ingenieros electrónicos Max Knoll y Ernst Ruska construyeron el primer microscopio electrónico en 1933, utilizando lo que entonces era lo último en rayos catódicos, tubos electrónicos mejorados y tecnología de vacío y la idea revolucionaria de que el electrón podía considerarse como una onda. Ruska continuó el trabajo desarrollando un instrumento comercializable trabajando con ingenieros de Siemens. Este TEM empezó a venderse en 1939, un año antes que el TEM construido por James Hillier y su grupo de la Radio Corporation of America (RCA). En 1948 el grupo liderado por Charles William Oatley en la Universidad de Cambridge empezó a trabajar en la construcción de un SEM, que entró en producción comercial en 1965.

Microscopio electrónico de sobremesa de RCA (1950)
Microscopio electrónico de sobremesa de RCA (1950)

Como ya pasó con el microscopio óptico el avance en las capacidades observacionales estuvieron íntimamente ligadas a las técnicas de preparación de las muestras. Especialmente para el TEM. Como es necesario trabajar en alto vacío las muestras se tienen que deshidratar; como los electrones interfieren fuertemente con la materia las secciones deben ser muy finas y es necesaria una fijación química para evitar que la muestra se altere por el haz de electrones.

La introducción del ultramicrotomo y los materiales de fijación plásticos a finales de los años cuarenta facilitó la preparación de especímenes biológicos delicados. La fijación por congelación suplementó a la fijación química a partir de mediados de los sesenta.

Araña preparada para SEM usando oro.
Araña preparada para SEM usando oro.

Las preparaciones para la SEM son más fáciles. Los especímenes biológicos se convierten en conductores recubriéndolos de metal mientras que otras muestras pueden investigarse directamente sin preparación previa.

Un SEM moderno
Un SEM moderno

La investigación con microscopios electrónicos ha abierto una ventana a un mundo microscópico desconocido: desde la biofísica de los virus a la morfología de los polímeros pasando por la caracterización e inspección de materiales de la tecnología de semiconductores.

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En la serie Apparatus buscamos el origen y la evolución de instrumentos y técnicas que han marcado hitos en la historia de la ciencia.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

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