Para todos los científicos e investigadores que trabajan en laboratorios, el microscopio es una herramienta fundamental. En este artículo, os explicamos en qué consiste, para qué sirve y cuál fue la evolución del microscopio, así como también os comentamos los distintos tipos de microscopio que hay, centrándonos en el microscopio óptico, el más básico y el más utilizado, sobre el que ahondaremos en explicar las partes del microscopio.
¿Qué es un microscopio? Historia del microscopio
El microscopio (del griego micrós (pequeño), y scopéo, (mirar)), es una herramienta que permite observar objetos que son demasiado pequeños para ser observados a simple vista. La ciencia que investiga los objetos pequeños utilizando este instrumento, se denomina microscopía. El microscopio más básico y sencillo y el primero en ser fabricado fue el microscopio óptico, el cual contiene dos lentes que permiten obtener una imagen aumentada del objeto, funcionando por refracción de la luz.
¿Quién inventó el microscopio? Zacharias Jansen, un fabricante de anteojos holandés, fue quien inventó y fabricó el primer microscopio en el año 1590. Este primer microscopio, consistía en dos lentes montadas en un tubo y permitía amplificar una imagen hasta 9 veces, lo cual representó una mejora significativa respecto a los aumentos obtenidos mediante lupas, también conocidas como microscopios simples.
Aproximadamente durante estas mismas fechas, Galileo Galilei también fabricó un microscopio combinando una lente convexa y una cóncava. Sin embargo, Giovanni Faber fue quien en 1625, utilizó por primera vez el término “microscopio” para referirse a este nuevo invento.
Un poco más tarde, en 1665, Robert Hooke observó con un microscopio, un delgado corte de corcho, donde descubrió unas cavidades como celdas, a las que denominó “células”, siendo la primera observación de células muertas de la historia. Unos años más tarde, Marcello Malpighi, anatomista y biólogo italiano, observó células vivas al microscopio por primera vez.
El holandés Anton van Leeuwenhoek, utilizando microscopios simples de fabricación propia, describió por primera vez protozoos, bacterias, espermatozoides y glóbulos rojos. El microscopista, sin ninguna preparación científica, puede considerarse el fundador de la bacteriología. Tallaba él mismo sus lupas, sobre pequeñas esferas de cristal, cuyos diámetros no llegaban al milímetro y que alcanzaban 275 aumentos.
Durante el siglo XVIII, el microscopio tuvo varios adelantos mecánicos que aumentaron su estabilidad y su facilidad de uso, aunque no se desarrollaron mejoras ópticas. Las mejoras más importantes de la óptica surgieron en 1877, cuando Ernst Abbe publicó su teoría del microscopio y, por encargo de Carl Zeiss, mejoró la microscopía de inmersión, sustituyendo el agua por aceite de cedro, lo que permite obtener aumentos de 2000x.
Los avances científicos del siglo XX, permitieron desarrollar nuevas técnicas de microscopía resultando en nuevos tipos de microscopios, entre los que hay que destacar el microscopio electrónico.
Tipos de Microscopio
Dependiendo de varios aspectos, existen diferentes tipos de microscopios, siendo, en su mayoría, variantes del microscopio óptico o compuesto (con dos o más lentes), ya que el microscopio simple consta solo de una lente y viene siendo una lupa.
Así, según el número de oculares, el microscopio óptico puede ser:
- Monocular: es aquel que sólo tiene un ocular y por lo tanto, permite observar la muestra solo con un ojo. Debido a la sencillez de este tipo de microscopio, es habitualmente utilizado por estudiantes o aficionados a la microscopía. Este tipo de microscopio no resulta cómodo cuando se tienen que analizar muestras durante horas y es por eso que en ámbitos profesionales se utilizan normalmente microscopios binoculares.
- Binocular: este tipo de microscopio incluye dos oculares, de modo que es posible utilizar los dos ojos para examinar una muestra. Además, la distancia entre ambos oculares puede regularse para adaptarse a las necesidades del usuario. En estos microscopios compuestos, la imagen proveniente del objetivo se divide en dos mediante un prisma óptico.
- Trinocular: Este tipo de microscopio tiene los dos oculares necesarios para observar la muestra con los dos ojos, e incluye también un ocular adicional donde se puede conectar una cámara para capturar imágenes de las observaciones.
- Digital: éste incluye una cámara en lugar del ocular, lo que permite capturar digitalmente la imagen de la muestra. La imagen digital se puede visualizar en tiempo real en una pantalla o ser transmitida a un ordenador mediante conexión USB. También existen microscopios digitales con una pantalla incorporada.
Según el sistema de iluminación, tenemos, por un lado, el microscopio electrónico que funciona con electrones en vez de con luz y sobre el cual os hablamos en otro artículo, y por otro, el microscopio óptico, en el que la muestra es iluminada mediante luz visible; pero además, también se distinguen los siguientes tipos de microscopios compuestos:
- Microscopio de luz ultravioleta: este tipo de microscopio óptico ilumina la muestra con luz ultravioleta, la cual tiene una longitud de onda más corta que la luz visible. La ventaja principal de utilizar esta técnica, es que puede alcanzarse una resolución mejor y el contraste obtenido en la muestra es distinto que en los microscopios ópticos. Así, con el microscopio de luz ultravioleta, pueden observar muestras que aparecen transparentes si son observadas con luz visible.
- Microscopio de luz polarizada o microscopio petrográfico: este microscopio es en realidad un tipo de microscopio óptico al que se la han añadido dos polarizadores. Esto significa que la onda de luz utilizada para observar la muestra, tiene una dirección de oscilación concreta. Este tipo de microscopio es muy útil para observar estructuras cristalinas de rocas y minerales, de ahí a que se denomine petrográfico.
- Microscopio de fluorescencia: estos microscopios ópticos utilizan las propiedades de fluorescencia para generar una imagen de la muestra. Permiten observar sustancias que emiten luz propia o fluoróforos, cuando son iluminadas con una longitud de onda determinada. Para ello, la muestra es habitualmente iluminada con una lámpara xenón o con una lámpara de vapor de mercurio. Estos microscopios incorporan, además, filtros de luz para aislar y seleccionar la luz correspondiente a la muestra. Cabe indicar que los fluoróforos se suelen utilizar como marcadores para la detección de otras moléculas a las que se unen, mediante la técnica de inmunofluorescencia.
Según el modo de transmisión de la luz dentro del microscopio óptico, éstos pueden ser:
- Microscopios de luz transmitida: en este tipo de microscopio compuesto, la luz atraviesa la muestra. Para esta clase de microscopios es necesario preparar la muestra cortándola en láminas muy finas. La muestra se ilumina desde debajo la platina. En general, este es el sistema de iluminación más utilizado entre los microscopios ópticos.
- Microscopios de luz reflejada: en este caso, la luz ilumina la muestra y parte de ésta es reflejada y dirigida al objetivo. Por ello, es necesario iluminar la muestra desde la parte superior de la platina. Este tipo de microscopía es utilizada para examinar materiales opacos como pueden ser estructuras metálicas, materiales cerámicos, etc. Existen microscopios ópticos que presentan los dos tipos de iluminación, de modo que es posible observar tanto muestras semitransparentes como opacas.
Otros tipos de microscopio óptico bastante utilizados son:
- Microscopio de campo oscuro: este microscopio ilumina la muestra oblicuamente. De este modo, los rayos de luz que llegan al objetivo no provienen directamente del foco de luz, sino que han sido dispersados primero por la muestra. Esta técnica, permite ver muestras que de otro modo no serían visibles debido a su transparencia. Además, también tiene la ventaja que no requiere teñir la muestra para aumentar su contraste y poder observarla.
- Microscopio de contraste de fases: en este caso, la luz atraviesa la muestra con distintas velocidades en distintas secciones. Este efecto es amplificado para generar la imagen de la muestra. Mediante esta técnica, tampoco hace falta utilizar tintes y, por lo tanto, pueden observarse células vivas. El microscopio de contraste de fases fue inventado por Frits Zernike en 1932 y recibió por ello el premio Nobel de física en 1953.
- Microscopio confocal: este es un tipo de microscopio de fluorescencia. En lugar de iluminar la muestra de forma global, se ilumina punto a punto de forma sucesiva y se reconstruye la imagen al final del proceso, para así lograr eliminar la luz difusa de los fluoróforos fuera del plano de enfoque. Este método de escaneado de la muestra, es similar al que se produce en los microscopios electrónicos de barrido. Este tipo de microscopio fue inventado por Marvin Minsky en 1957.
- Microscopio estereoscópico o Estereomicroscopio: se trata de un microscopio binocular y de luz reflejada que permite obtener una imagen en tres dimensiones (3D) o estereoscópica de la muestra u objeto a observar. Esto se logra gracias a que cada ojo observa la imagen desde un ángulo ligeramente distinto. Resulta apropiado para observar objetos relativamente grandes y que se manipulan a la vez que se observan, siendo muy útiles en cirugía, botánica, mineralogía, disecciones de animales, montaje de circuitos o relojes. También son denominados como lupa de disección o lupa binocular, y pueden tener varios aumentos.
- Microscopio invertido: estos microscopios tienen una configuración totalmente opuesta a la del microscopio vertical. La muestra es iluminada desde la parte superior y los elementos ópticos se encuentran debajo la platina. La principal ventaja del microscopio invertido, es que permite observar los elementos del fondo de un recipiente, pudiendo así ser utilizado para observar células vivas y tejidos que se mantienen constantemente hidratados dentro del recipiente.
- Microscopio USB: estos microscopios consisten únicamente en una lente de gran aumento y una cámara digital. Se conectan al ordenador mediante conexión USB y permiten guardar imágenes de la muestra. Los aumentos alcanzables con este tipo de microscopio son bajos en comparación con el resto de microscopios, pero aun así, son una herramienta muy útil para observar objetos cotidianos.
Y otros tipos de microscopios algo menos habituales o menos conocidos son: el microscopio solar, el microscopio de iones en campo, el microscopio de sonda de barrido, el microscopio de efecto túnel, el microscopio de fuerza atómica, el microscopio de contraste por interferencia diferencial y el microscopio de interferencia Nomarski.
El microscopio óptico. Características
El microscopio óptico es uno de los inventos que ha marcado un antes y un después en la historia de la ciencia, especialmente en el campo de la biología y la medicina. El microscopio óptico fue el que inauguró la era de la microscopía en el siglo XVII. Como dijimos, es el tipo más básico de microscopio, su funcionamiento está basado en un conjunto de lentes ópticas y el uso de luz visible para aumentar la imagen de una muestra. También se le conoce como microscopio de luz, microscopio de campo claro, microscopio compuesto, microscopio convencional o microscopio biológico, por su aplicación en este campo.
El aumento de una imagen debe ir siempre asociado con una buena resolución, de lo contrario, obtenemos una imagen aumentada en la que no se pueden apreciar los detalles. Esto ocurre si se combinan distintas lentes con la intención obtener una imagen de gran aumento. Llega un punto en que se aumenta la imagen pero no la resolución, de modo que la imagen aumentada no añade nueva información. Esto sería equivalente a hacer zoom en una imagen digital, a partir de un punto, la imagen se ve pixelada y al seguir aumentándola solo se ven los píxeles a mayor tamaño.
Los microscopios ópticos tienen un límite máximo de resolución de 0,2 µm. El poder de resolución del microscopio, es la distancia mínima a la que se pueden discriminar dos puntos. Este límite viene determinado por la longitud de onda de la fuente de iluminación, en este caso la luz visible.
En el microscopio óptico compuesto, el aumento de la muestra se produce en dos etapas, primero en las lentes del objetivo y a continuación, en las lentes del ocular. De este modo, es necesario conocer el aumento de estas dos partes del microscopio para saber el aumento total, el cual se obtiene fácilmente multiplicando el aumento del objetivo por el aumento del ocular.
Y en cuanto a para qué sirve el microscopio óptico, podemos decir que este dispositivo es de gran utilidad en los campos de la ciencia donde la organización microscópica es importante, como en la biología, la química, la física, la geología y la criminología. Así pues, se emplea para identificar estructuras cristalinas, microorganismos, pigmentos, estructuras celulares, etc., teniendo un papel relevante en la detección del cáncer y muchas otras enfermedades.
Microscopio óptico: partes y funcionamiento
En un microscopio óptico binocular, podemos distinguir entre el sistema óptico y el sistema mecánico. El primero incluye el conjunto de lentes y elementos de manipulación de la luz, necesarios para generar una imagen aumentada; mientras que el segundo, proporciona el soporte estructural a los anteriores elementos y los mantiene perfectamente alineados. Ambos están formados por distintos componentes, los cuales os explicamos a continuación.
Así pues, dentro del sistema óptico, tenemos las siguientes partes del microscopio, en orden ascendente:
- Foco o fuente de luz: es el elemento que genera un haz de luz dirigido hacia la muestra. Inicialmente se usaba la luz natural, la cual se podía concentrar en la sección de tejido mediante espejos cóncavos, pero actualmente se usa una lámpara que se puede regular. En algunos casos, el haz de luz es primero dirigido hacia un espejo que a su vez lo desvía hacia la muestra. La posición del foco en el microscopio depende de si se trata de un microscopio de luz transmitida o de luz reflejada.
- Condensador del microscopio: el condensador es el elemento encargado de concentrar los rayos de luz provenientes del foco a la muestra, ya que estos suelen ser divergentes. El condensador consiste en un seguido de lentes que cambian la dirección de estos rayos, de modo que pasen a ser paralelos o incluso convergentes.
- Diafragma: el diafragma es una pieza que permite regular la cantidad de luz que llega al condensador. Normalmente se encuentra situada justo debajo la platina, entre la fuente de luz y el condensador o sobre éste. Regulando la luz incidente, es posible variar el contraste y la profundidad de campo con que se observa la muestra. El punto óptimo del diafragma depende del tipo de la muestra observada y de su transparencia.
- Objetivos del microscopio: son el conjunto de lentes que se encuentran más cerca de la muestra y que producen la primera etapa de aumento. Suelen tener una distancia focal muy corta. En los microscopios modernos, distintos objetivos están montados en una pieza denominada revólver, que permite seleccionar el objetivo adecuado para el aumento deseado. Las magnificaciones de los objetivos más usados suelen ser de 4x, 10x, 20x, 40x y 100x. Pero aparte de los aumentos del microscopio, los objetivos tienen una serie de características para mejorar la imagen. Así, pueden ser acromáticos, de fluorita o apocromáticos, los cuales corrigen alteraciones cromáticas, de campo plano que eliminan la curvatura del campo de observación, de contraste de interferencia, etcétera. Cabe indicar que cuando se usan objetivos de 100 aumentos (100x) es necesario emplear un líquido denominado aceite de inmersión, que se añade entre el objetivo y la muestra. Esto es debido a que la refracción de la luz es alta en el aire y provoca alteraciones en la imagen que se manifiestan cuando se usan objetivos con esta capacidad de aumento. El aceite de inmersión reduce enormemente esta refracción, permitiendo imágenes mucho más nítidas. Por otro lado, también hay que tener en cuenta las posibles aberraciones de los objetivos, las cuales consisten en alteraciones ópticas en la formación de la imagen debidas a las propias lentes. Para corregirlas, se fabrican objetivos planos o plasmáticos, lo cual suele estar indicado en el propio objetivo con la inscripción PLAN.
- Ocular: es el elemento óptico que proporciona la segunda etapa de ampliación de imagen y por el que el usuario observa la muestra. El ocular amplía la imagen que ha sido previamente aumentada mediante el objetivo. En general, el aumento aportado por el ocular es inferior al del objetivo. Al menos, uno de los oculares puede regularse para alejar o acercar la lente al objetivo, permitiendo ajustar el enfoque a las condiciones de visión, dioptrías, etc. de cada observador.
- Prisma óptico: algunos microscopios incluyen también prismas en su interior para corregir la dirección de la luz. Esto es imprescindible en el caso de los microscopios binoculares, donde un prisma divide el haz de luz proveniente del objetivo para dirigirlo hacia dos oculares distintos.
Y formando parte del sistema mecánico del microscopio óptico, tenemos los siguientes componentes, también en orden ascendente:
- Base o pie: es la pieza que se encuentra en la parte inferior del microscopio que permite que éste se mantenga de pie y sobre la cual se montan el resto de elementos. Acostumbra a ser la parte más pesada para proporcionar suficiente equilibrio y estabilidad al microscopio. Es habitual que incluya algunos topes de goma para evitar que el microscopio se deslice sobre la superficie donde se encuentra.
- Brazo: esta es la pieza intermedia del microscopio y que conecta todas sus partes. Principalmente, une la superficie donde se coloca la muestra con el ocular por donde ésta se puede observar. Además, tanto las lentes del objetivo como del ocular, se encuentran también conectadas al brazo del microscopio.
- Platina: es una plataforma horizontal donde se coloca la muestra que se quiere observar. Su posición vertical con respecto a las lentes del objetivo se puede regular mediante dos tornillos para generar una imagen enfocada. La platina tiene un agujero en el centro a través del cual se ilumina la muestra, y posee un dispositivo para sujetar el portaobjetos, el cual se puede desplazar en el plano de la platina manualmente.
- Pinzas: las pinzas tienen la función de mantener fija la preparación, una vez esta se ha colocado sobre la platina.
- Tornillo macrométrico: este tornillo permite ajustar la posición vertical de la muestra respecto el objetivo de forma rápida. Se utiliza para obtener un primer enfoque que es ajustado posteriormente mediante el tornillo micrométrico
- Tornillo micrométrico: el tornillo micrométrico se utiliza para conseguir un enfoque más preciso de la muestra. Mediante este tornillo, se ajusta de forma lenta y con gran precisión el desplazamiento vertical de la platina.
- Revólver del microscopio: el revólver es una pieza giratoria que porta los objetivos del microscopio, el cual rota para poder utilizar uno u otro, alineándolos con el ocular. Habitualmente, el revólver permite escoger entre tres o cuatro objetivos distintos.
- Tubo: el tubo es una pieza estructural unida al brazo del telescopio que conecta el ocular con los objetivos en una cámara oscura. Es un elemento esencial para mantener una correcta alineación entre los elementos ópticos.
A continuación, en este dibujo de un microscopio óptico, se señalan y se nombran las partes recién explicadas.
Por otro lado, en cuanto al funcionamiento del microscopio óptico, en primer lugar, la muestra es iluminada con la luz procedente del foco. A continuación, esa luz es conducida a través del objetivo, donde se genera una imagen real aumentada de la muestra, y luego a través del ocular, donde sus lentes amplían la imagen anterior, dando lugar a una imagen virtual de tamaño superior a la muestra original en los ojos del observador.
Microscopio óptico: precio y dónde comprar microscopio barato
A la hora de comprar un microscopio es importante saber de antemano el uso que se le va a dar al mismo. Dentro de los microscopios ópticos profesionales (para trabajo y laboratorio), son destacables las marcas Leica, Nikon, Olympus, Zeiss, Euromex, AmScope, Celestron y Bresser. Esta última, ofrece una gran variedad de microscopios: ópticos convencionales, tanto monoculares como binoculares, estereomicroscopios, etc., así como accesorios para los mismos. Cabe indicar que estos microscopios son caros, pero también nos ofrecen una gran calidad de lentes y materiales y de durabilidad. Sus precios oscilan entre los 100 y los 1500 euros, según marca y características.
Pero si solo buscas un microscopio sencillo para probar o jugar, pueden servirte microscopios para principiantes como los de la marca Telmu, pensados para niños y jóvenes, también con una buena variedad de modelos; o incluso alguno Bresser de gama baja o básico.
Por otro lado, cabe indicar que en el mercado, en grandes tiendas físicas como en tiendas online como Amazon o Aliexpress, nos encontraremos también con una gran variedad de microscopios y accesorios para ellos, a distintos precios; así como también en tiendas especializadas como Labotienda o Tienda Microscopios, donde nos podrán asesorar mejor.
Fuentes: Wikipedia, “Atlas de histología vegetal y animal” UVigo, y Mundo Microscopio
