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Creación de las primeras lentes
Aunque el uso del cristal se remota hasta los egipcios, Roger Bacon, filósofo, teólogo y fraile franciscano, talló las primeras lentes con forma de lenteja. La lupa es un instrumento óptico que consta de una lente convergente de corta distancia focal, que desvía la luz incidente de modo que se forma una imagen virtual ampliada del
objeto.
https://www.uv.es/vie/web%202015/Curso%20ICMUV%C2%B418/Charlas/miercoles/3Tecnicas_microscopiaRafaelMata.pdf -
Invención del microscopio, Primer microscopio compuesto
El primer microscopio fue construido en 1590 por Zacharias Janssen.Según la descripción,este estaba formado por un tubo principal de unos 18cm al que se podían acoplar dos lentes en sus extremos, de unos 5cm de diámetro. La lente que actuaba como objetivo era biconvexa mientras que la lente ocular era planoconvexa,este microscopio tenía una pequeña apertura a cada lado a través de la cual llegaba la luz o se realizaba la observación. El poder de aumento de este microscopio no llegaba a los 9x. -
Primer uso de microscopios con fines científicos
Robert Hooke publicó en 1665 una de sus obras más importantes titulada Micrographia. Presentó ilustraciones de las observaciones realizadas mediante un microscopio compuesto, incluyendo insectos, plantas, etc.,que por primera vez se pudieron ver a gran escala. Una de sus aportaciones más importantes fue introducir la palabra célula. Algunas de las ilustraciones incluidas en Micrographia alcanzaban un aumento de hasta 50x. Hooke también introdujo la iluminación de las muestras mediante una vela. -
El microscopio de Antonie van Leeuwenhoek
Descubrió una nueva técnica de fabricación de lentes que le permitió alcanzar aumentos de 200x. Consistía en una pequeña lente biconvexa montada sobre una placa de latón que se sostenía muy cerca del ojo. Las muestras se montaban sobre la cabeza de un alfiler que se podía desplazar mediante unos tornillos que permitían enfocar. Fue el primero en ver los glóbulos rojos, espermatozoides y protozoos y bacterias.En 1684 publicó varios tipos de bacterias frecuentes: bacilos, cocos, etc. (1632-1723) -
Lente acromática
En 1730 Chester Moore Hall encontró una combinación de lentes que corregía significativamente la aberración cromática. En 1733 desarrolló una lente acromática combinando una lente de vidrio convexa con una lente cóncava lo que corregía el problema, construyó una serie de telescopios con apertura de 6.5 cm y distancia focal de 50 cm. Y fue hasta 1774 se utilizaron lentes acromáticas en un microscopio. Esto conlleva una mejora significante de la calidad de las imágenes microscópicas. -
Primer Microscopio Universal
La construcción del Primer microscopio Universal permitió ver las muestras en posición tanto vertical como horizontalmente. Consta este microscopio de un pilar roscado sobre el que está montado el cuerpo, consistente en un tubo de latón dentro del cual se desliza el sistema óptico soportado por un cilindro de madera. Fue el primero en una serie de microscopios creados por Benjamín Martin. Perfiló un nuevo estilo de microscopio pensados para ser portátiles y un amplio espectro de aplicaciones. -
Microscopio solar
El microscopio solar de Benjamín Martin fue diseñado para encajar en una apertura en una contraventana de la ventana y fue usado para proyectar una imagen grande en una pantalla y permitir a varios investigadores que examinen especímenes simultáneamente a gran aumento. La luz del sol se emplea para iluminar el espécimen y proporcionar imagen clara. La base del microscopio contiene un espejo (para reflejar luz del sol) que puede ajustarse su inclinación y rotación para perfeccionar la iluminación -
Gran Microscopio Universal
Estos microscopios, de dos pies de altos, poseen una columna prismática triangular que se puede inclinar mediante una articulación y un tornillo. Martin agregó una rueda dentada para mover el tubo del cuerpo, y otra para el espejo y la platina. El ocular está compuesto de dos lentes plano-convexas que son ajustables con otra cremallera. La parte más compleja del Gran microscopio Universal es su estativo que consta de dos piezas conectadas por medio de una barra en forma de U. -
NOTA
Ernst Abbe sentó las bases para la teoría de la óptica moderna, permitió mejorar la calidad de los objetivos de inmersión y permitió que antes de acabar el siglo XIX se alcanzaran los límites de resolución que son físicamente posibles con un microscopio óptico. Demostró que la resolución del microscopio óptico es proporcional a la longitud de onda de la luz. Abbe pudo calcular que la mínima distancia que puede distinguirse en un microscopio óptico es aproximadamente 0.25 micrómetros. -
Microscopio de campo oscuro
El microscopio de campo oscuro esta constituido por un microscopio óptico al cual se le acondiciona un condensador especial, este tiene como fin producir una disfracen de los rayos luminosos enviándolos lateralmente sobre el objeto en forma de un cono luminosos. Permite ver partículas dispersas en un medio homogéneo, hace posible la observación del movimiento Browniano de las partículas y es valioso en la observación de microorganismos de tipo Treponema pallidum, espiroquetas (con dm> 0.2 um). -
Microscopio de luz ultravioleta
Inventado por August Köhler y Moritz von Rohr.Se basó en el cálculo de que utilizando ondas de menor longitud de onda sería posible alcanzar mayores niveles de resolución. Sustituyeron las lentes de cristal por lentes de cuarzo y utilizaron luz reflejada y no luz transmitida.La invención del microscopio de luz ultravioleta sentó las bases para un nuevo tipo de microscopía conocida como microscopía de fluorescencia y demostró que otros tipos de microscopía no basados en luz visible eran posibles. -
Aplicaciones del Microscopio de luz ultravioleta
En concreto, estos microscopios permitieron estudiar en detalle procesos biológicos que no podían ser observados con los microscopios convencionales. Dentro de la industria farmacéutica, este tipo de microscopios permiten la observación de la cristalización de proteínas, la detección de contaminantes y algunos procesos concretos de control de calidad. -
Microscopio electrónico de transmisión (TEM)
La invención del TEM correspondió a Ernst Ruska y Max Knoll. Se construyó gracias a la idea de que es posible enfocar un haz de electrones con campos electromagnéticos (bobinas) de la misma manera en que las ondas de luz se enfocan mediante las lentes de vidrio. Debido a que los electrones en movimiento presentan una longitud de onda más pequeña que la luz, podrían ofrecer una resolución mejor que el microscopio de luz. Ruska reporta una resolución de 10 nm. -
Microscopio electrónico
El primer prototipo de microscopio electrónico fue construido en 1931 por Ernst Ruska y Max Knoll.El microscopio electrónico utiliza electrones con alta energía para realizar observaciones y cuanto mayor sea la velocidad de aceleración de los electrones, menor es la longitud de onda. Dado que la longitud de onda de un electrón puede llegar a ser 100000 más pequeña que la de la luz, el microscopio electrónico es capaz de alcanzar una resolución increíblemente superior a la del microscopio óptico. -
microscopio electrónico de barrido (SEM)
En 1938, Manfred von Ardenne introduce un sistema de barrido dentro del diseño de un TEM, lo cual significó la obtención de el microscopio electrónico de barrido-transmisión. Un año después, Boersch logra haces electrónicos con longitudes de onda del orden de los 2.5 nm, lo que implicó una mejoría considerable en el diseño del SEM. A este se le acopló a un tubo fotomultiplicador. A pesar de diferentes aportes, la resolución del microscopio SEM solo llegó a los 50 nm y a 8,000x de aumento. -
Microscopio de rayos x
En 1951 que los físicos Ellis Coslett y William Nixon construyero un microscopio de rayos x. Este consiste en un tubo de rayos X de foco ultrafino o un tubo emisor de electrones que producen un rayo electrónico enfocado sobre una imagen muy pequeña en un blanco de rayos X del tipo de transmisión, que sirve como obturador de vacío; la ampliación se hace mediante proyección; así las muestras a examinar pueden estar en el aire, como la película fotográfica que registra la imagen ampliada. -
Aplicaciones del Microscopio de rayos x
El desarrollo de la cristalografía de rayos X en el siglo XX ofreció las primeras imágenes precisas de la materia con "resolución atómica". Utilizan la radiación X para análisis químicos y para ampliaciones de 100-1000 diámetros. Miles de estructuras de proteínas y macromoléculas, incluida la del ADN, se han resuelto gracias a la cristalografía de rayos X. -
La microscopía electrónica actual
Se mejoraron los sistemas de vacío del TEM con el uso de bombas turbomoleculares, se desarrollan nuevas técnicas de análisis tales como la difracción electrónica de haz convergente y mejoras en el funcionamiento del microscopio STEM. El desarrollo de la técnica de difracción de haz convergente impulsa la cristalografía electrónica. El uso de filamentos de emisión de campo permite a los microscopios SEM alcanzar resoluciones por debajo de 2 nm y a los microscopios TEM por debajo de 0.1 nm. -
SEM por control digital
En 1980, el SEM alcanza una resolución de 2 nm; y en 1985, la firma Carl Zeiss obtiene un resultado importante al introducir el primer SEM con el barrido controlado de forma digital. Este nuevo componente sería determinante para lograr imágenes (“mapeos”) de rayos X mucho más eficaces y para corregir defectos de imagen por acumulación de cargas en la muestra en estudio. -
Microscopios electrónicos controlados por computadora
En 1986, surgen los primeros prototipos de microscopios electrónicos controlados por computadora. En ese momento se usaron computadoras con un propósito específico y a estos equipos se les llamó de “primera generación”. En 1990, la compañía Jeol presenta el microscopio JEM-1210 operado completamente a través de software computacional. Las características técnicas de los actuales microscopios permiten estudiar in situ las transformaciones estructurales de los materiales. -
Microscopio de Fuerza Atómica (AFM)
Gerber (1986) El microscopio de fuerza atómica es un instrumento mecano-óptico que forma imágenes de las superficies utilizando una sonda o micropalanca, esta recorre la muestra haciendo una exploración línea por línea, es decir escanea la muestra en función de la posición generando una imagen. Esta técnica nos permite obtener imágenes topográficas en 3D, hacer mediciones del orden de los nm, detectar fuerzas de nN, hacer mediciones de visco-elasticidad y dureza de la muestra, entre otras. -
Desarrollo de los prismas electrónicos
En 1995, Ondrej Krivanek desarrolla el filtro de energía (los prismas electrónicos) los cuales son actualmente usados como monocromadores en el cañón electrónico y como seleccionadores de energía en la espectroscopía por pérdida de energía (EELS). También se ha trabajado con éxito en la obtención de equipos “inteligentes” capaces de fijar las condiciones de trabajo con un alto grado de independencia, a partir de algunos datos elementales sobre la muestra. -
Actualizaciones
En 2010, se desarrollaron los detectores para la dispersión a alto ángulo (contraste Z) por Stephen J. Pennycook y colaboradores y el sistema del STEM alcanzó la resolución de 50 picómetros. Y se continúan haciendo mejoras en los diferentes tipos de microscopios para la investigación y observación en el campo de las ciencias.
