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Historia del microscopio: óptico, compuesto, electrónico y más

En la historia del microscopio es sencillo encontrar datos curiosos que pueden ser fáciles de ignorar. Conoce los pormenores de un invento que cambió la manera de hacer ciencia y a ayudado a la humanidad a palpar grandes descubrimientos.

historia del microscopio presentación

¿Qué es un microscopio?

La definición más simple para adjudicarle a este genial instrumento científico, sería que es un aparato hecho para poder visualizar objetos o materia que es demasiado pequeña para ser apreciada a simple vista. La manera en que funciona consiste en la utilización de dos lentes de aumento superpuestos por los que pasa la luz, permitiendo dar visión sobre lo que dichos lentes están haciendo foco. (¿Qué tal si le das un vistazo a la historia de la física?).

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El microscopio funciona por refracción, el cual es un fenómeno físico que se da cuando la luz cambia de dirección al pasar por un medio (por ejemplo, el aire), hacia otro (el agua). Como ambos son medios con densidades distintas, siendo el agua más densa que el aire y por ende teniendo características que permiten con mayor facilidad la dispersión de la luz, está se ve afectada por el medio, cambiando su dirección y afectando la óptica que tenemos de un objeto.

Esto se da con, por mencionar un caso, los espejismos. Los espejismos se producen por la refracción de la luz al atravesar corrientes de aire a distintas temperaturas.

historia del microscopio niño

Historia del microscopio simple

El microscopio simple es un sistema conformado por una sola lente que aumenta la visión del material observado. La lupa es un ejemplo clásico de este tipo de instrumentos, cuyos antecedentes nos ubican en el año 1267, en el que Roger Bacon, teólogo, filósofo y protocientífico nacido en Reino Unido, explica los principios de las lentes.

El primer microscopio creado  fue el microscopio óptico. Fue creado por un fabricante de lentes holandés llamado Zacharias Janssen, en el año 1590, hombre al que también se asocia con la creación del primer telescopio. Para la creación del microscopio, Janssen ideó un instrumento de 9 aumentos, con el fin de ayudar a las personas que tenían una vista terrible.(Quizá te interese la historia del cómic).

historia del microscopio simple

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El microscopio simple está conformado por un único sistema de lentes que aumentan el tamaño del objetivo. Este tipo de microscopio fue ampliamente utilizado por Anton van Leeuwenhoek, comerciante holandés a quien se le atribuye el apodo de padre de la microbiología, debido a las observaciones que realizó de, con microscopios que él mismo fabricó.

Para la época en que Van Leeuwenhoek fabricaba estos aparatos, también existían microscopios de lentes múltiples, como los creados por Zacharias Janssen, pero el microscopio simple del primero eran de mayor calidad y potencia, gracias a que los lentes empleados por él eran mejores, lentes que, además, él fabricaba, si bien nunca dejó detalles registrados sobre cómo los hacía.

Aquí un vídeo sobre la importancia de Leeuwenhoek para la historia del microscopio.

En el año de 1673, el holandés describe las estructuras de los aguijones de las abejas o del moho, observadas a través de sus aparatos. También, entre estas observaciones, se incluyen la de protozoos y bacterias, así como ser el primero en apreciar la existencia de espermatozoides humanos y glóbulos rojos. (También suena interesante la historia de la biología).

Van Leeuwenhoek, hombre con un papel vital para la historia del microscopio, tallaba las lupas utilizadas en sus microscopios (que nunca vendió, aunque fabricó centenas de ellos) a partir de pequeñas bolas de cristal. Sus lupas eran bastante delgadas, las creaba a partir de pequeñas esferas de cristal cuyo diámetro no superaba el milímetros. Los microscopios de este hombre era, para la época, los más potentes aparatos de observación de objetos a pequeña escala de la época, llegando a los 275 aumentos, es decir, que observaba la materia 275 veces más grande de lo que eran.

Historia del microscopio óptico o compuesto

En 1665, el inglés Robert Hooke creó el primer microscopio compuesto. Realizó observaciones de un corcho, éstas observaciones en uso de su microscopio compuesto le permitieron apreciar estructuras ahuecadas que conformaban al material en cuestión, parecían unas celditas, por lo que Hooke las llamó células; fueron las primeras células muertas observadas. Pasados unos años, el biólogo italiano llamado Marcello Malpighi pudo observar células vivas, siendo el primero en hacerlo.

historia del microscopio de Hooke

 

Otro precursor conocido de este tipo de microscopio es Galileo Galilei, quien en el año 1609, creó su modelo propio de un microscopio compuesto, cuya función se daba gracias a la influencia de la luz reflejada en el objetivo observado, sin embargo, no alcanzó la calidad de visualización conseguida por los aparatos de Van Leeuwenhoek.

Como tal, el término microscopio fue acuñado por un hombre llamado Giovanni Faber, médico y botánico oriundo de Bamberg, Alemania. El termino acuñado por Faber proviene de dos palabras griegos: micros, que significa pequeño, y skopein, que significa observar. (¡Dale un vistazo a la historia de El Triángulo de las Bermudas!)

historia del microscopio compuesto

El sistema que le da su nombre al microscopio compuesto se debe a que la imagen que se visualiza en él se forma en dos fases, en lugar de una sola, como sucede con el microscopio simple. El juego de lentes que utiliza este aparato está conformado por la lente ocular y la lente objetivo. La lente ocular es la que se encuentra más cercana a la vista del usuario, esta genera una imagen real aumentada del objeto observado. La lente objetivo es una más pequeña que se posiciona más cerca de la materia observada y genera una imagen virtual de la misma, que es mucho más grande que el objeto real.

La capacidad de aumento del microscopio compuesto oscila entre los 40 puntos de aumento y los 2000, aunque por cuestiones relacionadas a la naturaleza de la luz, en realidad el aumento solo suele llegar a los 1500. Los avances que paso a paso fueron permitiendo lograr un aumento mayor en los microscopios del siglo XXVII y XXVIII, se dieron gracias a los descubrimientos en torno a la luz que fueron hechos por variados estudiosos del tema.

historia del microscopio Janssen

Es en el siglo XIX que se dan los mayores avances tecnológicos que llevan al microscopio compuesto a un estado de fiabilidad por su eficacia que lo convierten en el instrumento de observación y estudio predilecto por los científicos. Es acertado pues, decir que el microscopio aceleró el avance del conocimiento en campos como la medicina, la biología o la botánica, entre otros.

Conoce más sobre la historia del microscopio y la ciencia que los estudia, con este vídeo.

Tipos de microscopio compuesto: según el número de oculares

Monocular

Son los microscopios que cuentan con una sola lente ocular para la observación de la muestra ubicada en la platina.

Binocular

Por supuesto, son los que tienen dos lentes oculares en su estructura, debido a que permiten usar ambos ojos para la observación, resultan más cómodos para el uso continuo.

Trinocular

El microscopio trinocular es de características más cómodas para el registro de imágenes sobre la muestra apreciada, pues se emplean dos oculares por parte del observador, y el tercero tiene elementos que permiten conectarle a una cámara que se usará para reunir evidencia gráfica.

historia del microscopio trinocular

Tipos de microscopio compuesto: según la iluminación

Convencional

La orientación de la iluminación en este tipo de microscopios se realiza desde abajo de la platina, por lo que la luz atraviesa la muestra de abajo hacia arriba. Esta luz es recibida por el objetivo situado en la parte superior de la platina permitiendo así la visualización de la muestra.

Invertido

Estos microscopios son los más utilizados a la hora de observar organismos, puesto que en ellos los elementos de iluminación están ubicados al contrario que en los microscopios convencionales. En estos, la muestra se la ilumina desde  arriba, estando por encima de la lente objetivo, que se halla por debajo.

historia del microscopio funcionamiento

Historia del microscopio estereoscópico

Los antecedentes de la historia del microscopio estereoscópico nos remontan al siglo XXVII, específicamente al año 1671, año en que el fraile Chérubin d’Orléans, crea un instrumento en el que la imagen de la muestra obtenida mostraba un ligero relieve de la misma. Este fenómeno es conocido como imagen pseudoscópica. (Quizá te gustaría la historia de Windows).

Pasarían doscientos años  hasta que existiesen las bases teóricas requeridas para el diseño de un verdadero microscopio estereoscópico. Esta teoría fue expuesta por el científico e inventor británico, Charles Whearstone.

A mitad del siglo XIX, el ingeniero marítimo oriundo de Londres, Francis Herbert Wenham, fue quien construyó el primer microscopio estereoscópico. En  su diseño, el hombre utilizó un prisma de cristal para dividir la luz proveniente de un solo objetivo pero, aunque el sistema era innovador, la calidad de imagen no era rival para los microscopios monoculares de esos años. A los primeros microscopios estereoscópicos se los denominaba como microscopios de disección.

El verdadero desarrollo de este aparato y su importancia dentro de la historia del microscopio, no se dio sino hasta que hubo en la comunidad científica una auténtica necesidad por esta clase de apreciación de las muestras. En campos como la cirugía, procesos industriales de extremo detalle  o en la producción de circuitos, fue que se requirió del empleo de estos aparatos. Su crecimiento en demanda se dio en el siglo XX.

historia del microscopio estereoscópico

No obstante, si bien ya se dijo que el estereoscopio no tuvo una destacable demanda científica hasta el siglo XX, a finales de la centuria anterior se dio el desarrollo del primer estereoscopio verdaderamente funcional y efectivo, de la mano de Horatio S. Greenough.

El diseño creado por Greenough, y que quedaría para la posteridad en la historia del microscopio, fue presentado por su autor a la empresa fabricante Carl Zeiss. Esta empresa es conocida como una pionera de la comercialización de microscopios en el mundo, así como la responsable de avances tecnológicos en dicho campo. Y siendo así, al recibir el diseño de Greenough, realizaron una que otra mejora al mismo, procediendo después a su fabricación y posicionamiento en el mercado. (Te recomendamos visitar también la historia de la radio).

Si bien, con el tiempo, más diseños de este tipo de microscopio fueron apareciendo, el diseño original de Greenough, permaneció como la base para todas las empresas que fabricaban los instrumentos de observación.

Aquí verás un microscopio trinocular en funcionamiento.

La American Optical Company, en el año 1957, introdujo una mejora al diseño de Greenough que se bautizó como microscopio estereoscópico de objetivo principal, cuyas siglas en lengua anglosajona son CMO, para Common Main Objective.

Este diseño permitía la opción de añadir variados accesorios ópticos al estereoscopio, pero su fabricación, gracias a su mayor complejidad, resulta más costosa, y así su precio en el mercado es más elevado que el diseño común, más cercano al original de Greenough.

¿Cómo funciona?

En esencia y términos sucintos, el microscopio estereoscópico es un instrumento que permite la visualización de la muestra en tres dimensiones. Esta es su cualidad definitoria, ya que en el resto de los microscopios, la muestra observada solo se le aprecia en dos dimensiones.

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Mientras que en los microscopios de dos dimensiones la muestra es observada con una sola lente objetivo, lo que resulta en una imagen exactamente a la muestra. Sin embargo, en los estereoscopios, la luz se divide en dos mediante el uso de un prisma, pasando así por dos objetivos diferentes, generándose así dos imágenes ligeramente distintas.

El estereoscopio es, pues, como una aplicación del principio tridimensional de la vista humana, en la que recibimos imágenes distintas con cada ojos. Por eso, cuando cerramos un ojo, nos resulta más complejo percibir la profundidad del entorno observado, es decir, que nos quedamos sin tercera dimensión. (Explora también la historia de Coca Cola).

Esta clase de microscopios es sumamente práctica, ya que las muestras empleadas no necesitan pasar por un proceso de preparación, como sí se da en el caso de los microscopios convencionales. Debido a esto, su utilización es muy común en campos que requieren de una manipulación de la muestra mientras se la observa, como en la fabricación de componentes electrónicos, por ejemplo.

historia del microscopio estereoscopico funcional

Un detalle importante sobre esta clase de microscopios, es el relativo a su capacidad de aumento sobre las cosas. Y es que debido a que el efecto tridimensional que consigue se debe una deformación de la luz dentro del aparato, el aumento que proporciona no es tan fuerte como el de los microscopios ópticos bidimensionales.

El microscopio estereoscópico, entonces, solo puede generar un aumento de entre 10 a 80 veces el tamaño de la muestra, en los casos comunes. Hay en existencia modelos que son capaces de lograr aumentos de hasta 300 veces, pero son casos particulares para campos muy particulares, como son ciertos sistemas que necesitan de una iluminación o accesorios ópticos avanzados.

Historia del microscopio electrónico

A efectos de la historia del  microscopio, los de tipo electrónico son una herramienta de estudio científico de enorme importancia, su enorme capacidad de aumento sobre la muestra observada, muy superior a la de los microscopios ópticos, lo hicieron el origen de descubrimientos científicos que no habrían sido posibles sin él.

Este invento fue cristalizado en el siglo XX, teniendo como origen los avances en el terreno de la física que llevó a cabo el físico francés, Louis-Victor de Broglie. De Broglie descubrió la naturaleza ondulatoria de una de los componentes de la partícula: el electrón. Trabajo que, además, le mereció el premio Nobel en el año 1929.

Las bases teóricas expuestas por el francés, les sirvieron a un par de ingenieros alemanes para comprobar que era, de hecho, viable la elaboración de un microscopio electrónico. Así, en el año 1931 presentaron el primer prototipo de microscopio electrónico y, si bien lograron el cometido de producir un microscopio con estas características, el modelo inicial no tenía la potencia deseada. Había que seguir intentando, si es que dejar su huella en la historia del microscopio, y el mundo científico, era lo que querían.

historia del microscopio MET

Mientras que para la época los microscopios ópticos ya conseguían un aumento de 1500 veces el tamaño de la muestra, el primer prototipo creado por Ernst Ruska y Max Knoll logró obtener un aumento de tan solo 400 veces.

Pero, a pesar de que no eran los resultados esperados, fue un buen inicio. El inicio que sentó las bases para un trabajo más detallado y pleno de voluntad con el fin de alcanzar la meta: un microscopio que permitiese observar una muestra con aumentos sin precedentes.

Pasarían dos años desde ese primer paso, y para 1933 consiguieron lo que buscaban. El microscopio electrónico de los ingenieros ahora poseía más capacidad de aumento que cualquier microscopio óptico disponible en el mercado. Un lustro más tarde, la compañía Siemens comenzó a comercializar los primeros aparatos de esta clase.

¿Cómo funcionan?

El funcionamiento del microscopio electrónico es algo particular, y no solo porque emplee electrones en lugar de luz para la observación de las muestras. Hay algunas cosas que resultan de gran importancia para comprender eficazmente en qué consiste el funcionamiento del microscopio electrónico.

Por ende, hay que entender, primero, qué es la longitud de onda. Esta se la puede definir como la distancia entre dos ciclos consecutivos. Para entrar en materia, podemos ejemplificar usando la luz. La luz blanca está compuesta por luces de distintos colores, esto es apreciable si pasamos un rayo de luz blanca por un prisma, que gracias a la refracción divide el rayo lumínico en los colores que lo conforman.

Cada color de luz tiene una longitud de onda distinta y, a efectos de la microscopía (ciencia que estudia los principios de los microscopios), resulta que el máximo aumento de un aparato es proporcional a la longitud de onda del medio usado para la observación. Que para el caso de los microscopios ópticos, sería la luz.

El detalle está en que la longitud de onda de la  luz tiene un límite, motivo por el que los microscopios ópticos difícilmente superan los 1500 puntos de aumento sobre la muestra.

historia del microscopio, muestra del electrónico

El porqué el microscopio electrónico es tan poderoso está dictado por la longitud de onda con la que se mueven los electrones, que es inversamente proporcional a la velocidad que alcanzan al desplazarse en un espacio definido. Este tipo de aparatos, como ya se dijo, utiliza electrones en lugar de luz. Específicamente, electrones acelerados a altas velocidades.

Siguiendo el hilo de lo dicho, quiere decir que cuanto mayor sea la velocidad con que se mueve el electrón, menor será su longitud de onda, y mayor será el aumento que puede conseguirse.

El microscopio electrónico funciona con una fuente generadora de electrones acelerados que son dirigidos a la muestra. Hay electrones que se reflejan en la muestra, y hay otros que la atraviesan. Con el uso de dispositivos destinados a la detección de los electrones, el aparato reconstruye una imagen de la muestra súper aumentada. En la actualidad, estos microscopios alcanzan aumentos de hasta 2 millones de veces el tamaño de la materia.

Cabe detallar que, como pasa con los  microscopios ópticos que pueden calificarse entre los de luz reflejada y luz transmitida, los electrónicos se pueden categorizar entre los de transmisión y los de barrido.

Historia del Microscopio electrónico de transmisión (MET)

El microscopio de transmisión fue el primer tipo de microscopio electrónico creado por Ernst Ruska, es decir, fue el primer prototipo. Ya se dijo que al bombardear la muestra con un flujo de electrones acelerados a grandes velocidades, hay los que atraviesan la muestra y los que se reflejan en ella.

En los microscopios de transmisión, se utilizan los electrones que atraviesan la muestra  para formar una imagen de la misma, una vez estos son atrapados por un detector ubicado bajo la materia observada.

Las características de la imagen obtenida están subordinadas a la cantidad de estos electrones que logren atravesar la muestra, o sea, hay zonas en todas las muestran que son más sencillas de atravesar para los electrones y otras más densas que reflejan más de estas partículas aceleradas.

historia del microscopio de transmisión

Si menor cantidad de electrones atraviesa una zona de la muestra, en la imagen obtenida esas partes se verán más oscuras y, por sustitución, si más electrones atraviesan una zona de la muestra, más clara se verá esa porción de la materia en la imagen final. Por estas razones, la muestra que se utiliza pasa por un complejo proceso de preparación para hacerlas muy delgadas; de lo contrario, los electrones no podrían ir a través de las muestras.

Dentro del microscopio electrónico se trabaja en un ambiente al vacío, lo que quiere decir que no es posible trabajar con células vivas dentro de éste.

Se dice que, en teoría, usar esta técnica de observación con el microscopio electrónico es como realizar una radiografía de la muestra observada, lo que la hace ideal para apreciar la parte interna de las muestras, pero como contrapartida o desventaja, con este procedimiento es imposible tener una imagen de la superficie del objeto estudiado, ni obtener datos sobre su textura a la vista microscópica.

Historia del Microscopio óptico de barrido (MEB)

El microscopio electrónico de barrido fue un avance a partir del MET. Los comienzos de su diseño y creación tuvieron lugar a finales de la década de los años treinta, con los esfuerzos de Manfred von Ardenne.

Este tipo de microscopio emplea una técnica que puede considerarse la inversa de la utilizada en el MET. Mientras que en el anterior la imagen de la muestra se construía a partir de los electrones que la atravesaban y eran capturados por un detector, en el MEB se utilizan los electrones reflejados que no la consiguen atravesar.

Cuando los electrones impactan contra la muestra, pierden parte de su velocidad y energía. Cuando quedan dispersos, el aparato realiza un escaneo que recorre varios puntos de la superficie de la muestra, recolectando estos electrones, a los que denomina electrones secundarios.

En la técnica de barrido, el microscopio mide la cantidad de electrones secundarios que se proyectan desde la superficie de  muestra al ser bombardeada con electrones acelerados. Las muestras para estos estudios tienen una preparación más sencilla que para los que se realizan en la técnica de transmisión.

Aquí, las muestras son cubiertas con una ligera capa de metal, lo que logra que sea más difícil de atravesar por los electrones, y termina en una mayor cantidad de electrones secundarios. Por consiguiente, la imagen resultante de la superficie es más clara y detallada.

Esta técnica arroja resultados asombrosos a la hora de detallar la superficie de una muestra, pues las imágenes son tridimensionales y con un aumento excepcional, aunque menor al obtenido con el microscopio electrónico de transmisión. Es pues, un instrumento ideal para la apreciación de ciertas muestras que con el MET no podrían ser vistas de igual manera.

Historia del microscopio de fluorescencia

La ciencia detrás de la historia del microscopio y, específicamente, del microscopio de fluorescencia es curiosa. Sus orígenes nos sitúan en la primera década del siglo XX, y el trabajo de los científicos Köhler y Siedentopf, quienes descubrieron la existencia de sustancias naturales presentes en ciertas células que reaccionan al estar bajo un as de luz ultravioleta, estas sustancias son conocidas como fluorocromos.

En esta modalidad de microscopia, también se opta por aplicar en las muestras sustancias fotosensibles  a luz UV y que, en el microscopio de fluorescencia, se observan como marcas luminosas cuya función es la de identificar ciertos elementos buscados en la muestra, como anticuerpos, o la presencia de proteínas en los aminoácidos.

En este microscopio, el objetivo se fabrica con cuarzo, y el ocular está precedido por un filtro que protege la vista de las ondas de  radiación ultravioleta dañinas para la vista, y deja pasar aquellas que no lo son, y que permiten visualizar la muestra cuando emite su luz.

El proceso de visualización en este microscopio consiste en estimular la muestra con luz ultravioleta a cierta  longitud de onda, la adecuada para estimular un fluorocromo en específico. La muestra absorbe esta luz y, luego, en reacción, emite luz propia con una longitud de onda que, una vez regulada con el objetivo de cuarzo, pasa por un filtro y llega al ocular.

Otro detalle curioso en esta técnica es que la fluorescencia de las muestras estimuladas no es muy duradera. Es decir, una vez la materia fotosensible es colocada bajo los rayos de luz de una lámpara halógena o de mercurio y los fluorocromos en su interior reaccionan a esta, con el paso del tiempo se va disipando, atenuando y, finalmente, termina por apagarse.

En esta técnica, también es posible usar dos flourocromos distintos en una misma muestra. Ambos deberían emitir luz con longitudes de onda diferentes, haciendo posible para el microscopio discernir entre unos y los otros. (¿Qué te parece conocer la historia del Whatsapp?).

historia del microscopio de fluorescencia

Historia del microscopio de luz ultravioleta

Bastante similar al microscopio óptico de luz visible, es decir, el común, este aparato utiliza, como lo indica su nombre, luz ultravioleta para iluminar la muestra. El uso de este microscopio resulta provechoso debido a que la luz UV tiene una longitud de onda menor que la luz blanca usada en la mayoría de microscopios, por lo que se puede obtener una mayor resolución de imagen usando los rayos UV.

Estos microscopios otorgan un contraste diferente al que se obtiene en los microscopios ópticos, y permite observar muestras que bajo la luz blanca no pueden ser visualizadas.

historia del microscopio de luz UV

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