Qué es un Microscopio Electrónico: ¿Cómo Funciona?

¿Quieres saber cómo funciona un microscopio electrónico?

Esta es la definición más sencilla «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, las imágenes se forman mediante el uso controlado de electrones en el vacío capturados en una pantalla fosforescente.

Este tipo de microscopio es capaz de ampliar objetos a nivel de nanómetros.

Existen dos tipos principales de microscopios electrónicos: el de transmisión (TEM) y el de barrido (SEM)

¿Qué es un Microscopio Electrónico de Barrido? (SEM)

El microscopio electrónico de barrido, se denomina así, porque tiene un haz de electrones que es generado por un cañón de electrones, y este haz es movido mediante unas bobinas de barrido y estas hacen que el haz recorra la muestra, «barriéndola» línea a línea . El mecanismo es muy parecido al de los televisores CRT antiguos.

Los electrones al chocar contra la muestra rebotan, y son capturados por unas serie de detectores que medirán la intensidad de los electrones que llegan al detector. Una unidad de proceso de imágenes, interpretará estas lecturas de los sensores para representar la imagen en una escala de grises.

Para que los electrones reboten sobre la muestra, esta debe de ser procesada previamente, de forma que no sea destruida por el haz de electrones, no contenga agua, y sea conductiva a la electricidad. Para ello la muestra con un proceso especial mediante un metalizado que la recubre con una lámina oro de 10 a 15 nanómetros de espesor.

¿Para que sirve el microscopio electrónico de barrido?

Proporciona imágenes detalladas de las superficies de las células y de organismos enteros que no son posibles con el

de Transmisión.

Permite también utilizar varios tipos de sensores, de manera que no solo se obtiene una imagen de la superficie de la muestra sino que también se puede analizar su composición química.

Microscopio Electrónico de Transmisión  (TEM)

La principal diferencia del microscopio de Transmisión frente al de barrido es que en este caso, el haz de electrones atraviesa la muestra, no rebota como así sucede con el de barrido.

El microscopio electrónico de transmisión se utiliza para ver muestras finas (secciones de tejido, moléculas, etc.) a través de las cuales los electrones pueden pasar generando una imagen de proyección.

El TEM es análogo en muchos aspectos al microscopio de luz convencional (compuesto). El TEM se utiliza, entre otras cosas, para obtener imágenes del interior de las células (en secciones finas), de la estructura de las moléculas de proteínas (contrastadas por la sombra metálica), de la organización de las moléculas en los virus y de los filamentos del citoesqueleto (preparados mediante la técnica de tinción negativa) y de la disposición de las moléculas de proteínas en las membranas celulares (mediante la fractura por congelación).

Cuando el haz de electrones atraviesa la muestra, se dispersa y proporciona una imagen de la estructura microscópica de la muestra, que puede verse a través de la lente objetivo del microscopio.

La limitación más importante del microscopio de transmisión es el requisito de que las muestras sean muy finas, normalmente menos de 100 nm. Por ello, la mayoría de las muestras biológicas deben ser fijadas y deshidratadas químicamente, para poder ser incrustadas en una resina polimérica y poder ser visualizadas.

Diferencias entre un microscopio electrónico y uno óptico

• La principal diferencia entre un microscopio electrónico y uno óptico, es que el microscopio electrónico utiliza un haz de electrones, y no luz visible para ampliar la muestra.
• Un microscopio óptico tiene una resolución y amplia mucho menos que uno electrónico.
• El microscopio óptico permite ver organismos vivos frente al microscopio electrónico en el que la muestra ha de estar seca, y metalizada.
• La preparación de la muestra en un microscopio electrónico es un proceso mucho más complejo que en el óptico.
• El mantenimiento de un microscopio electrónico es muy caro frente a los ópticos que son mucho más baratos.
• Las imágenes en el microscopio óptico pueden ser observadas directamente, en el caso de los electrónicos deben de ser interpretadas y procesadas por una unidad de control y visualizadas en una pantalla.
• Los oculares y los objetivos son de cristal, frente a las lentes de los microscopios electrónicos que son electromagnéticas.
• Un microscopio electrónico necesita alto voltaje unos 50,000 voltios, el óptico no los necesita.
• El microscopio óptico no tiene riesgo de radiaciones, el electrónico sí.
• En el microscopio óptico la imagen se puede ver en color, en el electrónico solo en blanco y negro.
• Para su funcionamiento el microscopio electrónico requiere que la muestra esté al vacío, el óptico no.

Imágenes microscopio electrónico

Célula microscopio electrónico

Cloroplasto microscopio electrónico

Puedes ver una representación del interior de una hoja, con sus células y cloroplastos en el siguiente vídeo de Youtube:

¿Cuánto cuesta un microscopio electrónico?

Los microscopios electrónicos existen en una gran variedad de tipos y variantes especiales, y estos sofisticados dispositivos de obtención de imágenes pueden costar fácilmente entre miles de euros, dependiendo del tipo de microscopio electrónico que se esté buscando.

Un rango de precios seguro sería de 50.000 a 200.000 Euros para los microscopios electrónicos de barrido (SEM) convencionales de sobremesa, o hasta un millón de dólares para los de gama alta, mientras que los microscopios electrónicos de transmisión (TEM) pueden ascender fácilmente al millón de euros.

¿Cómo funciona un Microscopio Electrónico?

El funcionamiento de los microscopios electrónicos se basa en las señales procedentes de la interacción de un haz de electrones con la muestra para obtener información sobre la estructura, la morfología y la composición.

El proceso el el siguiente:

1. El cañón de electrones genera electrones. 
2. Dos conjuntos de lentes condensadoras enfocan el haz de electrones sobre la muestra y, a continuación, en un haz fino e intenso.
3. Para desplazar los electrones por la columna, se aplica un voltaje de aceleración (generalmente entre 100 kV-1000 kV) entre el filamento de tungsteno y el ánodo.
4. La muestra a examinar debe ser extremadamente fina, al menos 200 veces más fina que las utilizadas en el microscopio óptico. Se cortan secciones ultrafinas de 20-100 nm que se colocan ya en el portamuestras.
5. El haz de electrones atraviesa la muestra y los electrones se dispersan en función del grosor o del índice de refracción de las distintas partes de la muestra.
6. Las regiones más densas de la muestra dispersan más electrones y, por tanto, aparecen más oscuras en la imagen, ya que menos electrones inciden en esa zona de la pantalla. Por el contrario, las regiones transparentes son más brillantes.
7. El haz de electrones que sale de la muestra pasa a la lente del objetivo, que tiene una gran potencia y forma la imagen ampliada intermedia.
8. Por último una lentes oculares obtiene la imagen final ampliada.

¿Quién inventó el microscopio electrónico?

El ingeniero y profesor académico alemán Ernst Ruska (1906-1988), construyó el primer microscopio electrónico en 1931. Los modernos Microscopios Electrónicos siguen usando los mismos principios en los que se basaba el prototipo original.

Conclusión:

Los microscopios electrónicos son mucho más potentes que los microscopios ópticos, pero a cambio son difíciles de manejar, tienen un precio y un coste de mantenimiento muy alto, lo que hace que sean útiles para entornos de investigación y aplicaciones industriales.

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