11 de noviembre de 2016

MICROSCOPIO ELECTRÓNICO





¿Cuándo surgió y quiénes lo descubrieron?


En 1931 se obtuvo gracias a otros microscopios de años anteriores con una resolución 1000 veces mejor que la que tiene un microscopio óptico; a lo que se conoce como Microscopia Electrónica y los físicos Max Knoll y Ernst Ruska en Alemania son los grandes protagonistas que dieron a conocer el Microscopio Electrónico de Transmisión (TEM). Siete años después, en 1938, Manfred Von Ardenne construyó el primer microscopio electrónico de barrido (SEM), y a partir del año 1965 fue comercializado por la compañía británica Cambridge Instruments.




  Max Knoll y Ernest Ruska      Manfred Von Ardenne    


Una breve descripción de los fundamentos del ME.
Para iluminar un objeto, el microscopio electrónico utiliza electrones. Ya que los electrones poseen una longitud de onda menor que lo que la luz. La longitud de onda que existe y es la más corta es de 4.000 angstroms (1 angstrom es 0,0000000001 metros). Y los que se utilizan para la longitud de onda de los electrones que se utilizan en los microscopios electrónicos es de alrededor de 0,5 angstroms.
Los microscopios electrónicos presentan varios elementos básicos en su estructura, por ejemplo disponen de un cañón de electrones que emite los electrones que chocan contra el espécimen, y de esta forma crean una imagen aumentada. Para esto, se utilizan lentes magnéticas para crear campos que dirigen y enfocan el haz de electrones. Una de las partes más relevantes del microscopio electrónico es el sistema de vacío. Los electrones son desviados por las moléculas del aire, para así poder hacerse un vacio casi total al interior del microscopio. Y por último, los microscopios electrónicos cuentan con un sistema que registra o muestra la imagen que producen los electrones.
Los microscopios electrónicos se dividen en dos: el microscopio electrónico de transmisión (TransmissionElectronMicroscope, TEM) y el microscopio electrónico de barrido (ScanningElectronMicroscope, SEM). 

Existen dos tipos básicos de microscopios electrónicos:
  • Microscopio electrónico de transmisión (MET) 
  • Microscopio electrónico de barrido (MEB).

MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE TRANSMISIÓN


            El microscopio electrónico de transmisión emite un haz de electrones dirigido hacia el objeto que se desea aumentar. Una parte de los electrones rebotan o son absorbidos por el objeto y otros lo atraviesan formando una imagen aumentada de la muestra. Se coloca una placa fotográfica o una pantalla fluorescente detrás del objeto para registrar la imagen aumentada. Permite la observación de muestra en cortes ultrafinos. Los microscopios electrónicos de transmisión pueden aumentar un objeto hasta un millón de veces.
            Se pueden obtener aumentos de hasta 160.000 veces.


El sistema óptico-electrónico del microscopio electrónico de transmisión está constituido por las siguientes partes:
  • Cañón de electrones: es la fuente emisora del haz de electrones. Se encuentra ubicado en la parte superior de la columna. Está constituido por un filamento (cátodo), un cilindro con una apertura central, llamado cilindro de Wehnelt que rodea al filamento y tiene un potencial ligeramente más negativo que éste. El ánodo se encuentra por debajo del cilindro de Wehnelt.
  • Sistema de lentes: Las lentes intermedia y proyectora son las encargadas de amplificar la imagen dada por la lente objetivo y proyectarla sobre la pantalla fluorescente.
  • Pantalla fluorescente: La pantalla del microscopio electrónico de transmisión está recubierta por una pintura de fluoruros de Zn y Cd, que fluoresce cuando es bombardeada por electrones, generando una imagen en el rango de las longitudes de onda del visible.

MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO

 
            En el microscopio electrónico de barrido la muestra es recubierta con una capa de metal delgado, y es barrida con electrones enviados desde un cañón. Un detector mide la cantidad de electrones enviados que arroja la intensidad de la zona de muestra, siendo capaz de mostrar figuras en tres dimensiones, proyectados en una imagen de TV. Su resolución está entre 3 y 20 nm, dependiendo del microscopio. Permite obtener imágenes de gran resolución en materiales pétreos, metálicos y orgánicos. Las muestras se hacen conductoras metalizando su superficie. Crea una imagen ampliada de la superficie de un objeto. No es necesario cortar el objeto en capas para observarlo. Cada punto leído de la muestra corresponde a un píxel en un monitor de televisión. Cuanto mayor sea el número de electrones contados por el dispositivo, mayor será el brillo del píxel en la pantalla. A medida que el haz de electrones barre la muestra, se presenta toda la imagen de la misma en el monitor. Los microscopios electrónicos de barrido pueden ampliar los objetos 200.000 veces o más. Este tipo de microscopio es muy útil porque, al contrario que los TEM o los microscopios ópticos, produce imágenes tridimensionales realistas de la superficie del objeto.

Un MEB moderno consta esencialmente de las siguientes partes:

  • Una unidad óptica-electrónica, que genera el haz que se desplaza sobre la muestra.
  • Un porta muestra, con distintos grados de movimientos.
  • Una unidad de detección de las señales que se originan en la muestra, seguida de un sistema de amplificación adecuado.
  • Un sistema de visualización de las imágenes (tubo de rayos catódicos).
  • Un sistema de vacío, un sistema de refrigeración y un sistema de suministro eléctrico, relativamente similares a los del MET.
  • Un sistema de registro fotográfico, magnético o de video.
  • Un sistema de procesamiento de la imagen con ayuda computacional (optativo).

APLICACIONES DEL MICROSCOPIO ELECTRÓNICO

            Entre las aplicaciones del análisis elemental con microscopio electrónico acoplado a rayos X en la biomedicina está la identificación de depósitos de metales pesados en tejidos, como el cobre en tejido hepático de pacientes con enfermedad de Wilson, el plomo en eritrocitos de pacientes con saturnismo, el arsénico en las intoxicaciones y carcinomas de piel, etc.
            También, es posible analizar la composición de cristales urinarios y litiasis renal y vesicular.
Entre las áreas de aplicación de esta técnica, se pueden mencionar:

-  Geología: Investigaciones geomineras, cristalográficas, mineralógicas y petrológicas. Estudio morfológico y estructural de las muestras.
-  Odontología: En este campo son muchas las aplicaciones de las caracterizaciones morfológicas que se pueden realizar con el microscopio electrónico de barrido. 
-     Control de Calidad: para el seguimiento morfológico de procesos y su aplicación en el control de calidad de productos de uso y consumo.  
-      Peritajes: Estudios de muestras de cualquiera de las áreas antes mencionadas.
-      Medicina Forense: Análisis morfológico de pruebas.
-      Botánica, Biomedicina y Medicina: Estudio morfológico.
Por estas y más razones; la microscopia electrónica es indispensable en nuestros días.

DATOS CURIOSOS DE LA MICROSCOPIA ELECTRÓNICA EN EL MUNDO

1. PHENOM: EL PRIMER MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO PORTÁTIL DEL MUNDO
Se trata de un microscopio electrónico de barrido (SEM), equipado con un detector EDX integrado, destinado a ser utilizado en cualquier lugar para realizar análisis rápidos con resultados exactos. El SEM de mesada desarrollado por Phenom está diseñado como herramienta profesional para investigadores e ingenieros. También puede ser equipado con los paquetes de software Pro Suite, que facilita la reproducibilidad de los análisis.

2. EL MICROSCOPIO ELECTRÓNICO MÁS POTENTE DEL MUNDO LLEGA A ESPAÑA
Sólo existen otros dos como él, en Alemania y Japón. Está en el Centro Nacional de Microscopía Electrónica, en Madrid. Lo que hace único a este microscopio es su capacidad para discriminar dos puntos separados a una distancia de 0,05 nanómetros, es decir, 10 millones de veces más pequeña que medio milímetro. 

DATOS CURIOSOS DE LA MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA EN PARAGUAY

Centro de Diagnóstico Anatomopatológico de Biopsias Renales del país
La biopsia renal percutánea como método de diagnóstico en enfermedades renales. El diagnóstico histopatológico de las biopsias renales se realizaba en sus inicios por microscopía óptica. A partir de 1984, con la recepción del primer Microscopio Electrónico de Transmisión del país a través de una donación japonesa y posteriormente de un microscopio de inmunofluorescencia por donación alemana, el IICS (Instituto de Investigaciones en Ciencias de la Salud) empezó con los estudios ultraestructurales y de inmunofluorescencia directa en las biopsias renales, aunque en forma esporádica y discontínua. En Agosto de 1989 se creó el Departamento de Patología del IICS, mediante la Cooperación Tipo Proyecto del Gobierno de Japón, a través la Agencia de Cooperación Internacional del Japón (JICA), dentro del marco del Proyecto Chagas.
 El Departamento fue equipado en su totalidad contando con equipos básicos de patología y equipos especiales como el microscopio electrónico y accesorios; el personal fue entrenado para técnicas especializadas en histoquímica, Kasamatsu 79 inmunofluorescencia directa, inmunohistoquímica y microscopía electrónica por expertos japoneses, localmente y en Japón. En la organización del Departamento de Patología, se creó la Sección de Nefropatología, contando con dos médicas expertas en patología renal y tres profesionales técnicos especializados en microscopia electrónica, inmunofluorescencia e histoquímica. Desde agosto de 1989 hasta el presente, el diagnóstico anatomopatológico de las biopsias renales se realiza en forma rutinaria y contínua con las tres técnicas especializadas: Microscopía óptica con cuatro métodos histoquímicos, la Inmunofluorescencia directa y la Microscopía electrónica. El IICS se ha convertido en el Centro de Referencia para los diagnósticos de enfermedades renales sobre todo glomerulares, concentrando desde entonces, todas las biopsias renales del país.
Actualmente, en la Universidad Nacional de Asunción realizan estos estudios de hematopatologia y nefropatologia utilizando microscopia electrónica.
  
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