¿Qué es un Microscopio Electrónico?
Los microscopios electrónicos son instrumentos que utilizan un haz de electrones para iluminar una muestra y observarla. Debido a la longitud de onda extremadamente corta de los electrones, estos microscopios pueden visualizar estructuras ultrafinas que no son visibles con microscopios ópticos convencionales. Hay dos tipos principales de microscopios electrónicos: los que generan imágenes basadas en la transmitancia del haz de electrones y los que generan imágenes mediante la interacción del haz de electrones con la muestra.
Los microscopios electrónicos disponibles en el mercado suelen estar diseñados específicamente para aplicaciones industriales y para la observación de muestras biológicas. A menudo se les conoce simplemente como microscopios electrónicos o EM por sus siglas en inglés.
Usos de los Microscopios Electrónicos
En la industria, los microscopios electrónicos se emplean para el análisis de superficies fracturadas en piezas metálicas dañadas, lo que permite determinar la causa del daño. También se utilizan para la inspección de la calidad de materiales procesados al observar su superficie. En el campo de los polímeros macromoleculares, se utilizan para estudiar las propiedades de redes y detectar impurezas. En las ciencias biológicas, los microscopios electrónicos son utilizados para visualizar la microestructura de orgánulos intracelulares y mapear conexiones neuronales al observar células neuronales complejamente entrelazadas. Además, en 2017, el Premio Nobel de Química fue otorgado a esta tecnología por su potencial aplicación en el análisis estructural de proteínas, mediante el uso de sencillos tratamientos previos en las muestras.
Principios de los Microscopios Electrónicos
Los microscopios electrónicos se componen de una fuente, una lente y un detector, aunque su configuración es similar a la de un microscopio óptico, cada uno de estos elementos es significativamente diferente.
En primer lugar, los haces de electrones se ven afectados y se aniquilan al chocar con moléculas y otros objetos en el aire, por lo que es necesario generar e irradiar el haz de electrones en un entorno de vacío.
En segundo lugar, en lugar de utilizar lentes de vidrio transparente como en la óptica convencional, se emplean lentes magnéticas que utilizan campos magnéticos para enfocar los haces de electrones. Estas lentes magnéticas presentan grandes aberraciones ópticas y se diseñan con una abertura pequeña para mejorarlas. Esto permite a los microscopios electrónicos tener una mayor profundidad de enfoque y la capacidad de observar objetos tridimensionales con mayor detalle.
Los microscopios electrónicos estándar se dividen en dos categorías principales:
1. Microscopios Electrónicos de Transmisión (MET)
Este método transmite un haz de electrones a través de la muestra y obtiene un contraste basado en la atenuación del haz. Para que el haz de electrones penetre en la muestra, el grosor de ésta debe ajustarse para que sea muy fina. La fuerza de los electrones se denomina tensión de aceleración, y a una tensión de aceleración de 300 kV la longitud de onda es de 0,00197 nm, que es extremadamente corta, y la resolución es de 0,1 nm, que es del orden del tamaño del material original. Esto se puede convertir en un aumento máximo de 800.000x, que es 800 veces superior al de un microscopio óptico, lo que demuestra la alta resolución. Los microscopios electrónicos de transmisión observan los electrones transmitidos a través de la muestra, por lo que son excelentes para ver la estructura interna de una muestra, como la estructura cristalina dentro de un área muy pequeña.
2. Microscopios Electrónicos de Barrido (SEM)
Cuando se irradian materiales con haces de electrones en el vacío, se emiten electrones secundarios, electrones reflejados y rayos X característicos. Las imágenes de microscopía electrónica de barrido se forman a partir de electrones secundarios y señales de electrones reflejados mediante el barrido de haces de electrones enfocados espacialmente. Los electrones secundarios se generan desde cerca de la superficie de la muestra, lo que hace que la imagen de electrones secundarios sea adecuada para ver las irregularidades microscópicas de la muestra. El número de electrones reflejados depende de la composición de la muestra (número atómico, orientación del cristal, etc.). Por lo tanto, la imagen de electrones reflejados es adecuada para evaluar la distribución composicional de la superficie de la muestra.
Cuando un haz de electrones incide sobre una muestra, los átomos que componen su superficie se excitan y emiten electrones. Otras emisiones, como los electrones reflejados y los rayos X característicos, se denominan electrones secundarios y se obtienen mediante el barrido puntual de la intensidad de los electrones secundarios emitidos.
Alcance de un Microscopio Electrónico
Los microscopios electrónicos tienen una resolución extremadamente alta en comparación con los microscopios ópticos ordinarios, por lo que pueden observar, por ejemplo, las diminutas estructuras tisulares de las células y los cristales metálicos del orden del tamaño atómico.
Tomando las células como ejemplo, la microscopía óptica no permite observar con detalle las estructuras finas de las células distintas del núcleo, mientras que la microscopía electrónica sí. Esto permite investigar en detalle diversas funciones, como el funcionamiento de las enzimas dentro de la célula y las reacciones de las estructuras celulares.