Los microscopios (I)

Posted: 01 Dec 2015 02:59 AM PST

van Leeuwenhoek observando por el microscopio

El microscopio hoy día es un instrumento que permite obtener una imagen agrandada de un objeto; imagen que o puede ser vista directamente, fotografiada, filmada o almacenada digitalmente, para posterior análisis. Dos conceptos básicos definen la potencia del microscopio: la llamada ampliación (o aumento total), el número de veces que el objeto de investigación aparece agrandado, y la resolución, la capacidad para discernir claramente dos puntos del objeto.

El microscopio sencillo consistía en una sola lente sujetada por un anillo, incrustada en una placa o colocada en un cilindro, combinada con un dispositivo para sujetar el objeto de estudio y un mecanismo que permitiese enfocar. Por otra parte el microscopio compuesto consistía en un tubo que se podía desplazar que contenía dos lentes (o sistemas de lentes), el objetivo que forma una imagen aumentada del objeto y el ocular que ampliaba ésta; además una base para sujetar el conjunto permitiendo los desplazamientos necesarios, y una placa

perforada en la que depositar los especímenes. Los microscopios compuestos solían requerir una iluminación adicional que era proporcionada o bien por un espejo situada debajo de la placa y que permite reflejar la luz a través del espécimen y dentro del instrumento o, más modernamente por una fuente de luz artificial acoplada a la base.

Portada de “Melissographia”

El microscopio se inventó probablemente en algún momento de la segunda década del siglo XVII ya que las descripciones e ilustraciones impresas de objetos observados al microscopio datan de 1625, en el Melissographia y en el Apiarium obras realizadas por los miembros de la Accademia dei Lincei. Las observaciones las habían realizado con un occhialino proporcionado por Galileo.

Desplegable de la “Micrographia” de Hooke

Pero, sin duda, uno de los libros recibido con más entusiasmo en el siglo XVII fue la Micrographia (1665) de Robert Hooke. En éste se presentaba espectacularmente una amplia colección de objetos minúsculos observados al microscopio: desde la punta de una aguja hasta los poros del corcho pasando por gusanos y pulgas. También contenía un análisis de los métodos de la microscopía y una descripción del microscopio compuesto de Hooke, un instrumento inclinable sujeto por una sola columna a una base maciza y con dispositivo que le proporcionaba luz artificial proveniente de una lámpara.

Microscopio compuesto de Hooke

Otros microscopistas famosos de la época como Antoni van Leeuwenhoek, Marcello Malpighi y Jan Swammerdam seguían usando microscopios sencillos. Leeuwnhoek además de usarlos los fabricaba; llegó a construir más de 300. Eran pequeñas placas de metal en las que estaba incrustada una lente y un simple dispositivo de enfoque, con aumentos de entre 75 y 150 veces. Leeuwenhoek comunicaba sus hallazgos principalmente a través de la Royal Society de Londres, llegando a ser especialmente conocido por su descripción de los espermatozoides de distintas especies en 1678.

Esquema del microscopio de van Leeuwenhoek

En el siglo XVII los investigadores en toda Europa continuaron usando ambos tipos de microscopios. Sin embargo, con su uso dos tipos de problemas que limitaban el rendimiento de los microscopios empezaron a ser evidentes: las aberraciones esférica y cromática. Los objetos aparecían borrosos o con bordes coloreados, porque, en el primer caso, la superficie de una lente esférica lleva a los rayos de luz que inciden en diferentes puntos a un foco que está en puntos diferentes y, en el segundo, porque los rayos de luz de diferentes longitudes de onda se refractan de forma diferente.

Aberraciones cromática (izqda.) y esférica (dcha.)

Una forma de minimizar la aberración esférica consistía en restringir la luz que entraba a la lente con un diafragma, pero con el coste de oscurecer la imagen. Las aberraciones afectaban al microscopio compuesto más que al sencillo. Durante el siglo XVIII pocos avances más se harán en los microscopios por las limitaciones que imponen las aberraciones. No será hasta final de siglo que empiezan a incorporarse soluciones que habían encontrado los otros grandes usuarios de instrumentos ópticos: los astrónomos.

—Los microscopios (II)

Posted: 08 Dec 2015 02:59 AM PST

Las soluciones a las limitaciones ópticas de los microscopios empezaron a tomarse de la astronomía, donde se encontraron antes los problemas y sus soluciones.

Así, los objetivos acromáticos de los telescopios hechos a partir de combinaciones de vidrios crown y flint se fabricaron a finales del XVIII. Sin embargo, la construcción de los objetivos pequeños de los microscopios probó no ser tan sencillo y hubo que esperar a comienzos del XIX para que Joseph Fraunhofer y otros artesanos consiguiesen construir objetivos acromáticos, eso sí, de pocos aumentos.

Hubo que esperar a que Joseph Jackson Lister descubriese cómo construir objetivos aplanáticos (objetivos acromáticos con aberración esférica mínima) en 1830 para que los instrumentos acromáticos con un número de aumentos significativo empezaran a popularizarse. Este logro junto a los avances en la preparación de las muestras supuso un salto cualitativo y cuantitativo de primera magnitud en las ciencias que empleaban masivamente microscopios: biología, mineralogía y notablemente, la medicina.

Efectivamente, de este periodo data el establecimiento de la célula como la unidad de la vida (1839, Theodor Schwann y Matthias Jakob Schleiden), lo que transformó la histología y la patología estimulando extraordinariamente la investigación microscópica. Con la expansión de la ciencia académica y de los laboratorios institucionales, la microscopía se convirtió en una parte integral de la educación, la investigación y la diagnosis médica, así como en una valiosa herramienta en la química orgánica y en las ciencias físicas en general.

Microscopio fabricado por Carl Zeiss utilizando ópticas de Abbe (1879)

En 1873 Ernst Abbe publicó una teoría sobre la formación de la imagen que permitió el diseño de instrumentos avanzados ópticamente. A comienzos de la década de los ochenta del siglo XIX, Abbe y el químico Otto Friedrich Schott, que había producido un nuevo vidrio basado en litio, producían objetivos apocromáticos, que eliminaban el espectro secundario residual de los acromáticos y corregían casi completamente tanto la aberración esférica como la cromática.

De nuevo la combinación de mejores ópticas y nuevos métodos de tinción y cultivo de muestras permitió la identificación de las bacterias patógenas, lo que ofrecía una muy buena explicación de las enfermedades, y de estructuras biológicas básicas, como las neuronas.

Células de Purkinje tal y como las dibujó Ramón y Cajal tras observarlas por el microscopio en 1899.

A finales de los años treinta del siglo XX el desarrollo de la microscopía de contraste de fases, que utiliza los principios de la difracción para convertir las diferencias en los caminos ópticos en variaciones de intensidad, permitió el estudio directo de especímenes biológicos transparentes sin necesidad de tinción.

Los sistemas de iluminación de las muestras también mejoraron, especialmente con la incorporación de bombillas eléctricas también en los años treinta y, de nuevo, con la introducción de las lámparas halógenas de bajo voltaje en los años sesenta, que son lo habitual hoy día.

El microscopio óptico está hoy en todas partes, desde la enseñanza a la investigación, pasando por el diagnóstico clínico y los laboratorios de control de calidad y procesos de fabricación de las más variadas industrias.

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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

El artículo Los microscopios (II) se ha escrito en Cuaderno de Cultura Científica.

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