Un microscopio electrónico es un microscopio que utiliza un haz de electrones acelerados como fuente de iluminación. Es un tipo especial de microscopio que tiene una alta resolución de imágenes, capaz de ampliar objetos en nanómetros, que se forman mediante el uso controlado de electrones en vacío capturados en una pantalla fosforescente. Ernst Ruska (1906-1988), un ingeniero y profesor académico alemán, construyó el primer microscopio electrónico en 1931, y los mismos principios detrás de su prototipo todavía rigen los microscopios electrónicos modernos.
Fundamentos del funcionamiento del microscopio electrónico
Los microscopios electrónicos utilizan señales que surgen de la interacción de un haz de electrones con la muestra para obtener información sobre la estructura, morfología y composición.
El cañón de electrones genera electrones.
Dos juegos de lentes de condensador enfocan el haz de electrones en la muestra y luego en un haz delgado y estrecho.
Para mover electrones hacia abajo de la columna, se aplica un voltaje de aceleración (principalmente entre 100 kV-1000 kV) entre el filamento de tungsteno y el ánodo.
La muestra que se va a examinar se hace extremadamente delgada, al menos 200 veces más delgada que las utilizadas en el microscopio óptico. Se cortan secciones ultrafinas de 20-100 nm que ya están colocadas en el portamuestras.
El rayo electrónico pasa a través de la muestra y los electrones se dispersan dependiendo del grosor o índice de refracción de las diferentes partes de la muestra.
Las regiones más densas de la muestra dispersan más electrones y, por lo tanto, aparecen más oscuras en la imagen, ya que menos electrones golpean esa área de la pantalla. Por el contrario, las regiones transparentes son más brillantes.
El haz de electrones que sale de la muestra pasa a la lente del objetivo, que tiene alta potencia y forma la imagen ampliada intermedia.
Las lentes oculares producen luego la imagen final ampliada.
Tipos de microscopio electrónico
Hay dos tipos de microscopios electrónicos, con diferentes estilos de funcionamiento:
Microscopio electrónico de transmisión (TEM)
El microscopio electrónico de transmisión se utiliza para ver muestras delgadas a través de las cuales pueden pasar los electrones generando una imagen de proyección.
El TEM es análogo en muchos aspectos al microscopio óptico convencional (compuesto).
TEM se utiliza, entre otras cosas, para obtener imágenes del interior de las células (en secciones delgadas), la estructura de las moléculas de proteínas (contrastadas por el sombreado metálico), la organización de las moléculas en los virus y los filamentos citoesqueléticos (preparados mediante la técnica de tinción negativa), y la disposición de las moléculas de proteínas en las membranas celulares (por congelación-fractura).
Microscopio electrónico de barrido (SEM)
La microscopía electrónica de barrido convencional depende de la emisión de electrones secundarios de la superficie de una muestra.
Debido a su gran profundidad de enfoque, un microscopio electrónico de barrido es el análogo EM de un microscopio óptico estéreo.
Proporciona imágenes detalladas de las superficies de las células y organismos completos que no son posibles con TEM. También se puede utilizar para el recuento de partículas y la determinación del tamaño, y para el control de procesos.
Se denomina microscopio electrónico de barrido porque la imagen se forma escaneando un haz de electrones enfocado sobre la superficie de la muestra en un patrón de trama.
Partes del microscopio electrónico
El microscopio electrónico tiene la forma de una columna de vacío alta montada verticalmente. Tiene los siguientes componentes:
Pistola de electrones
El cañón de electrones es un filamento de tungsteno calentado que genera electrones.
Lentes electromagnéticas
La lente del condensador enfoca el haz de electrones en la muestra. Una segunda lente condensadora forma los electrones en un haz delgado y estrecho.
El rayo de electrones que sale de la muestra pasa por la segunda de las bobinas magnéticas llamada lente del objetivo , que tiene alta potencia y forma la imagen ampliada intermedia.
El tercer conjunto de lentes magnéticos llamados lentes de proyector (oculares) producen la imagen final ampliada aún más.
Cada una de estas lentes actúa como una lupa de imagen mientras mantiene un increíble nivel de detalle y resolución.
Portamuestras
El portamuestras es una película extremadamente fina de carbono o colodión sostenida por una rejilla metálica.
Sistema de visualización y grabación de imágenes.
La imagen final se proyecta en una pantalla fluorescente.
Debajo de la pantalla fluorescente hay una cámara para grabar la imagen.
Aplicaciones del microscopio electrónico
Los microscopios electrónicos se utilizan para investigar la ultraestructura de una amplia gama de muestras biológicas e inorgánicas, incluidos microorganismos, células, moléculas grandes, muestras de biopsia, metales y cristales.
Industrialmente, los microscopios electrónicos se utilizan a menudo para el control de calidad y el análisis de fallas.
Los microscopios electrónicos modernos producen micrografías electrónicas utilizando cámaras digitales especializadas y capturadores de fotogramas para capturar las imágenes.
La ciencia de la microbiología debe su desarrollo al microscopio electrónico. El estudio de microorganismos como bacterias, virus y otros patógenos ha hecho que el tratamiento de enfermedades sea muy eficaz.
Ventajas del microscopio electrónico
Ampliación muy alta
Increíblemente alta resolución
Material rara vez distorsionado por la preparación
Es posible investigar una mayor profundidad de campo
Diversas aplicaciones
Limitaciones del microscopio electrónico
No se puede observar el espécimen vivo.
Como el poder de penetración del haz de electrones es muy bajo, el objeto debe ser ultradelgado. Para ello, la muestra se seca y se corta en secciones ultrafinas antes de la observación.
Como el EM funciona al vacío, la muestra debe estar completamente seca.
Caro de construir y mantener
Requiere formación de investigadores
Artefactos de imagen resultantes de la preparación de la muestra.
Este tipo de microscopio es grande, engorroso y extremadamente sensible a vibraciones y campos magnéticos externos.
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