El Microscopio

El MICROSCOPIO

Breve reseña histórica

Los orígenes del microscopio son inciertos; probablemente en Holanda, en la ciudad de Middelburg entre 1590 y 1610, algunas personas relacionadas con el mundo del espectáculo inventaron tanto el microscopio compuesto como el telescopio. Hans Janssen y su hijo Zacharias, fabricantes de anteojos, se mencionan como posibles inventores. Sin embargo, algunos atribuyen a Galileo Galilei su invención en la primera mitad del siglo XVII, gracias a que él difundió el microscopio y su uso. El microscopio compuesto original consistía en dos o más lentes colocadas en un tubo rígido.

Los primeros usuarios bien conocidos fueron M. Malpighi, de Italia, A. van Leeuwenhoek, de Holanda; Hooke y N. Grew, de Inglaterra. Leeuwenhoek fabricó un microscopio simple y Hooke utilizó un microscopio compuesto. Los instrumentos empleados por Leeuwenhoek eran superiores a aquellos utilizados por Hooke, en parte debido a que se desconocía el efecto de las aberraciones de las lentes y como corregirlas. El microscopio compuesto de Hooke sumaba los defectos de los dos juegos de lentes (objetivo y ocular), dificultando la observación, de manera que en la historia de la microscopía fue Leeuwenhoek quien realizó la mayor cantidad de descubrimientos con su microscopio simple.

Sin embargo, el microscopio compuesto sería el instrumento con más futuro. El instrumento de Hooke del año 1665 tenía las partes básicas, dos lentes (una que aumentaba la imagen de la otra), una estructura mecánica, mecanismos de enfoque y un frasco esférico para concentrar la luz Mejoras considerables se han realizado desde entonces.

Aunque algunos fabricantes como Culpeper y Cuff crearon microscopios apropiados y mejorados por modelos con bases en trípode y la conocida base en herradura; no obstante, el verdadero microscopio útil apareció con la invención de las lentes acromáticas, desarrolladas en Inglaterra por Chester Moore Hall en 1729. El desarrollo de los instrumentos de óptica es inseparable del de la industria del vidrio y la fabricación de las lentes (61). Sin embargo, aún era difícil fabricar lentes acromáticas poderosas y a finales del siglo XVIII Jan y Harmanus van Deyl lo lograron e iniciaron la comercialización de objetivos acromáticos. Las lentes con mayores aperturas numéricas fueron realizadas alrededor de 1890. Un fabricante famoso de microscopios de calidad superior era la firma de Powell y de Lealand, quienes elaboraron objetivos de alto poder, apocromáticos y de inmersión con una apertura numérica de 1,50.

Otros creadores fueron Ross y Smith. Karl Zeiss Jena realizó objetivos de inmersión diseñados por Ernst Abbe quien fue el fundador de la teoría óptica de las lentes del microscopio y desarrolló el diseño de las mismas basado en un procedimiento matemático riguroso (62). A finales del siglo XIX los microscopios de campo claro fueron modificados para obtener campo oscuro y polarización, detalles que permitieron incrementar el contraste.

A principios del siglo XX la fabricación de microscopios se concentró en Alemania y en los años sucesivos se desarrolló la fluorescencia, contraste de fase, interferencia, holografía, luz ultravioleta, rayos X, métodos con electrones y protones, microscopios computarizados para la observación, cuantificación y análisis tridimensional. Estos instrumentos abrieron muchas posibilidades en el campo de la microscopía.

Los fabricantes (Leitz, Zeiss, Olympus, y otros) respondieron a muchas necesidades, haciendo microscopios más efectivos, de uso universal, capaces de utilizar el tipo de radiación (luz visible o no) que revele de la mejor manera posible la naturaleza del espécimen y convierta detalles invisibles de la imagen en un patrón visible que pueda ser analizado.

Figura.-Microscopio de Leeuwenhoek. La lente está instalada entre dos placas de bronce. Lo que se quiere observar se coloca en la punta de un tornillo, de manera que se puede regular en forma precisa la distancia entre el objeto y la lente; el observador tiene que acercar el ojo al instrumento y mirar a través de la lente.

Figura .-Microscopio utilizado por Hooke

Partes del microscopio compuesto moderno

El microscopio compuesto de uso común también se conoce con el nombre microscopio óptico en base a que sus propiedades derivan del empleo de lentes ópticas. Está constituido por cuatro grupos de dispositivos o sistemas articulados de tal manera que garantizan un funcionamiento óptimo y ergonómico (19) (ver fig. 4-3):

• Sistema mecánico: Conjunto de piezas que sirven de soporte a las lentes y demás elementos (pie o base, columna, mecanismo de enfoque, platina, revolver, tubo).

• Sistema óptico: Conjunto de lentes responsables del poder de aumento y resolución (objetivos y ocular).

• Sistema de Iluminación: Elementos que producen las radiaciones (luz visible o no) y transmiten, reflejan y regulan tanto la intensidad como la cantidad de rayos que van a incidir sobre el espécimen (lámpara o fuente de iluminación, espejo, condensador y diafragma).

• Accesorios: Son aditivos que permiten extender las capacidades del instrumento (cámaras fotográficas, de video, computadoras, accesorios para dibujar, entre otros).

Sistema óptico del microscopio

Los microscopios modernos están diseñados para proporcionar imágenes aumentadas y nítidas de los especímenes que se observan. Los componentes ópticos están colocados en una base estable que permite un intercambio rápido y un alineamiento preciso. El sistema óptico está constituido por dos juegos de lentes: El objetivo y el ocular.

Los objetivos

Representan el componente óptico más importante del microscopio. Su principal función consiste en colectar la luz proveniente del espécimen y proyectar una imagen nítida, real, invertida y aumentada hacia el cuerpo del microscopio.

Constituyen un sistema óptico formado por una o varias lentes, las cuales deben estar centradas y los ejes ópticos de cada una deben coincidir exactamente para formar el eje óptico del sistema. Sus lentes están hechas a partir de cristales (espatos, fluorita, entre otros) con un alto grado de calidad y funcionamiento; su precio depende del poder de aumento, resolución y de la corrección de las aberraciones. Muchos fabricantes elaboran objetivos que pueden ser intercambiados y empleados en microscopios de otras marcas comerciales.

Clasificación:

Tomando en cuenta el grado de corrección de las aberraciones hay dos categorías de objetivos para el microscopio, los objetivos acromáticos y los objetivos apocromáticos. En cada categoría se distinguen aún dos grupos, los objetivos secos y los objetivos de inmersión (64, 65, 66):

• Objetivos acromáticos: Presentan corrección cromática para la luz azul y roja. Corrección de esfericidad para el verde. Dan mejores resultados con filtro de luz de color verde y son ideales para microfotografía blanco y negro. Se asume que un objetivo es acromático cuando no posee ninguna denominación.

• Objetivos semi-apocromáticos: Elaborados a partir de cristales de fluorita. Corrigen para el azul, el rojo y en cierto grado para el verde. La corrección de esfericidad es para dos colores, el verde y el azul. Dan buenos resultados con luz blanca y están mejor diseñados para la microfotografía en colores.

• Objetivos apocromáticos: Poseen el más alto nivel de corrección de aberraciones y por ello, son más costosos. Presentan corrección cromática para cuatro colores (azul oscuro, azul, rojo y verde); corrección de esfericidad para dos o tres colores. Son los mejores objetivos para microfotografía y video a color. Debido a su alto grado de corrección, estos objetivos poseen mayores aperturas numéricas que los acromáticos y las fluoritas. Esto puede ser un inconveniente puesto que el campo de observación se presenta un poco curvo.

Los tres tipos de objetivos proyectan imágenes con cierta distorsión que se manifiesta como curvaturas y al ser corregidos para este defecto se denominan plan-acromáticos, plan-fluoritas o plan-apocromáticos.

Objetivos secos y objetivos de inmersión:

Estos objetivos difieren entre sí por la naturaleza del medio interpuesto entre el cubre-objeto de la lámina histológica y la lente frontal del objetivo. En los objetivos secos el medio interpuesto es el aire cuyo índice de refracción (n=1) es muy diferente del índice del vidrio porta y cubre-objeto (n=1,5). Por el contrario, en los objetivos denominados de inmersión el medio que separa al cubre-objeto de la lente frontal del objetivo es un líquido cuyo índice de refracción es lo más próximo al del vidrio. Este líquido puede ser agua destilada (n=1,33) o mejor aún aceite de cedro, que posee un índice de refracción (n=1,515) casi idéntico al del vidrio.

La ventaja de los objetivos de inmersión consiste en la disminución o eliminación de la refracción de los rayos luminosos entre el aire y el objetivo, en consecuencia la luminosidad de la imagen está aumentada, mientras que en los objetivos secos, está disminuida. El empleo de la inmersión aumenta el ángulo de apertura del objetivo y permite mayor resolución gracias a la captura de una mayor cantidad de rayos luminosos refractados (11, 64) y solo puede utilizarse con objetivos de mayor aumento.

Óptica finita y óptica infinita:

La microscopia de luz o fotónica ha experimentado cambios radicales en sus sistemas ópticos en los últimos años. El tubo que soporta tanto el revólver por un extremo, como el ocular por el otro, se confeccionaba

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