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Más allá de lo que el ojo ve un repaso por el mundo de la microscopia

El hombre ha sentido, desde hace siglos, la necesidad de ver más allá de lo que alcanzaba su ojo. Las primeras lentes de aumento fueron diseñadas por civilizaciones antiguas y servían entre otras cosas para ver objetos de forma aumentada o para concentrar rayos de luz. La lente de aumento más antigua que se conserva es la lente de Nimrud, fabricada en el imperio asirio alrededor del año 750 aC.

Los primeros microscopios (microscopios simples, con una sola lente) posiblemente existen desde el siglo XIII-XIV. Sin embargo, el nacimiento de la microscopia se sitúa con la aparición de los primeros microscopios compuestos (con más de una lente). No está claro quien fue el inventor del primer microscopio compuesto; muchos autores señalan a los holandeses Hans y Zaccharias Janssen (1588-1638) (1590), aunque otros defienden que el inventor fue Hans Lippershey. Otros nombres destacados del inicio de este invento son Galileo Galilei, quien en 1609 presentó su microscopio óptico, Cornelius Drebbel que presentó otro diseño en 1619, o Giovanni Faber quien en 1625 fue el primero en referirse a este instrumento como microscopio. También Robert Hooke, que en 1665 publicó el libro “Micrographía” donde describe sus observaciones con un microscopio y donde aparece por primera vez la palabra célula.

Imágenes de ouhos OU History of Science Collection. Licencia CC BY-SA 2.0. Microscopio utilizado por Robert Hooke y detalles de su libro "Micrographía".

A pesar de todo, Antoine van Leeuwenhoek es considerado generalmente como el padre de la microscopia. Leeuwenhoek, un comerciante de telas, desarrollo una nueva técnica de fabricación de lentes que permitió crear el primer microscopio (en este caso con una sola lente) que alcanzaba 200 aumentos (el máximo alcanzado en el época eran 50x). Con este nuevo microscopio, Leeuwenhoek fue capaz de ver cosas que jamás otro hombre había visto, como las bacterias.

Imágenes de ouhos OU History of Science Collection y Rob Koopman. Licencia CC BY-SA 2.0. Microscopio diseñado por Antoine van Leeuwenhoek e imagen del mismo.

Durante los primeros siglos de existencia los microscopios estaban limitados por diferentes aberraciones ópticas. A partir de entonces y poco a poco, se fueron mejorando con aportaciones del inventor Charles Hall (1730s, corrección de la aberración cromática), Joseph Lister (1830, corrección de la aberración esférica),del físico Ernst Abbe (1869, sentó las bases para la teoría de la óptica moderna e invento el condensador de Abbe) o Otto Schott (desarrolló nuevos tipos de cristales). Todos estos desarrollos hicieron que finalmente el microscopio se adoptase como una herramienta esencial en investigación y en clínica y que nacieran numerosas empresas dedicadas a su producción y desarrollo.

A principios del siglo XX, la empresa Carl Zeiss introdujo el primer microscopio con luz ultravioleta para mejorar la resolución. Y posteriormente, Ellis Coslett y William Nixon construyeron el primer microscopio con rayos X.

Cuando se utiliza el microscopio óptico convencional es habitual teñir la muestra con diferentes sustancias para aumentar su contraste en relación con el fondo brillante y para poder distingir estructuras. Por contra, los colorantes a menudo son tóxicos y las técnicas de tinción normalmente requieren fijar la muestra, por lo tanto no permiten visualizar células/tejidos vivos.

En esta imagen, una típica sección teñida para microscopio óptico, vemos el hígado de un sapo. Diferentes colorantes se utilizan para resaltar diferentes estructuras y por ejemplo vemos globulos rojos en rosado, tejido conectivo en azul y lila claro, y los núcleos de la mayoría de las células en lila oscuro.

En 1931, pero, se produjo el que quizás sea el avance más importante en microscopia del siglo XX. Ernst Ruska y Max Knoll desarrollaron el microscopio electrónico, que utiliza electrones para “iluminar” la muestra en vez de fotones o luz visible. Como los electrones tienen una longitud de onda menor que la luz visible, el microscopio electrónico adquiere resoluciones mucho más altas que cualquier microscopio óptico (hasta 0,2 nanometros!).

El primer microscopio electrónico fue el de transmisión, en el que los electrones son conducidos hacia la muestra (que tiene que ser muy fina) y algunos de ellos consiguen atravesarla mientras que otros son dispersados. Los electrones que pueden pasar al otro lado de la muestra son capturados por un detector dando lugar así a una imagen.

En esta imagen se observan las capas de mielina que rodean una neurona de ratón.

Más adelante, Ruska diseño un nuevo sistema, el microscopio electrónico de barrido. En este caso, los electrones también son conducidos hacia la muestra, que esta recubierta con una fina capa de metal. Cuando los electrones impactan contra la muestra, hacen que electrones de la superficie de la muestra se desprendan (electrones secundarios), los cuales son detectados para generar una imagen. Este tipo de microscopia permite visualizar muy bien las superficies y crear imágenes en 3D.

En esta imagen con microscopio electrónico de barrido vemos un grano de polen.

Otros desarrollos importantes del siglo XX han estado relacionados con la forma de iluminar la muestra en los microscopios ópticos. Esto ha dado lugar al microscopio de contraste de fase, al microscopio de campo oscuro o a la microscopia de fluorescencia, entre otros, que veremos a continuación.

El microscopio de contraste de fase fue inventado por Frits Zernike en 1932 y recibió por ello el premio Nobel de física en 1953.

Este microscopio se aprovecha del hecho que la luz viaja a distintas velocidades dependiendo del medio de propagación. Así, cuando la luz atraviesa la muestra, lo va a hacer a distintas velocidades al pasar por distintas secciones. Este efecto es amplificado para generar la imagen que se observa. Mediante esta técnica no hace falta utilizar tintes y, por lo tanto, se pueden observarse células vivas.

En esta imagen vemos una línea celular de tipo neuronal en cultivo.

En esta imagen se observa un copo de nieve con un microscopio de campo oscuro. En este tipo de microscopia se ilumina el objeto desde un ángulo de manera que lo que vemos es la luz que impacta contra el objeto y que es dispersada, haciendo el objeto visible contra el fondo oscuro. Esta técnica permite ver muestras que de otro modo no serían visibles debido a su transparencia y tiene la ventaja que no requiere teñir la muestra para aumentar su contraste y poder observarla.

El microscopio de luz polarizada, también conocido como microscopio petrográfico es un tipo de microscopio óptico en el que la luz es polarizada (esto es que la onda de luz oscila en una drección concreta). Este microscopio es muy útil para observar estructuras cristalinas en rocas y minerales.

En esta imagen se observa mirmequita (un intercrecimiento de cuarzo - las partes finas en forma de gusano- dentro de un cristal de plagioclase - en azul turquesa) proveniente de Italia.

Otro avance más o menos reciente es la microscopia de fluorescencia, en la que se “tiñen” algunos elementos de la muestra con marcadores fluorescentes (fluorocromos) o se aprovecha de la autoflorescencia de algunas moléculas. Las muestras son iluminadas con uno o más lasers de una determinada longitud de onda, que proporcionan energía a los fluorocromes los cuales emiten fluorescencia de un color determinado.

El hecho de que se pueden conjugar los fluorocromos con moléculas que detectan específicamente cualquier proteína que decidamos, hacen de este tipo de microscopia una herramienta muy útil. Además, este tipo de marcaje también permite observar células vivas, incluso a lo largo del tiempo.

En esta imagen se observan células humanas marcadas con fluorescencia: el núcleo de las células en azul, las mitocondrias en rojo y los filamentos de actina en verde.

Y aquí no acaba la historia. No cabía en este resúmen todas las inovaciones y mejoras que existen; y el mundo de la microscopia es un mundo en constante desarrollo. Si seguis profundizando... descubrireis un mundo nuevo!

Para ver más, podéis empezar visitando la web de Nikon Small World y su concurso de microfotografia. Descubrireis imágenes increíbles. Disfrutad!

Fuentes y más información en la web de Mundomicroscopio y Microscope.com

Created By
Marina Sabaté Brescó
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Credits:

Created with an image by oldskool photography - "untitled image"

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