Microscopio Electrónico

Microscopio Electrónico
El microscopio electrónico fue
desarrollado en los años 30 y fue
utilizado con especímenes biológicos por Albert Claude, Keith Porter
y George Palade en los años 40 y
50. El ME puede lograr mucha
mayor resolución que el MO debido
a que la longitud de onda de los
electrones es mucha más corta que
la luz. Debido a esto puede
obtenerse mayor cantidad de
información,
aspecto
muy
importante en la investigación y en
el diagnóstico patológico.
Diferencias entre MO y ME.
La principal ventaja del ME sobre
el MO es la resolución y no la
magnificación. La resolución es la
capacidad del instrumento de
discriminar como independientes
dos puntos muy cercanos. En el
MO depende de la λ y de la AN de
los objetivos, pudiendo obtenerse
una resolución de 0.2 mm (200 nm)
con luz visible y 0.1 mm (100 nm)
con luz ultravioleta. El ME utiliza
como fuente “luminosa” un rayo
electrónico que posee una λ igual a
0.05 Å, que es modificado en su
trayecto
por
los
campos
electromagnéticos
y
cuya
resolución, para materiales biológicos, es de 1 a 2 nm.
Convierta todas las cantidades
mencionadas en Angström.
Prof. Iván Rebolledo
Tanto el MO como el ME comprenden 3 sistemas relacionados
con la imagen : iluminación de la
muestra, formación de la imagen y
traducción de la imagen. El
sistema de iluminación comprende
una fuente de radiación (luz visible
o electrones) y el condensador que
enfoca el rayo en el plano de la
muestra. Después de pasar por la
muestra, el rayo entra al sistema
de formación de la imagen,
conformado por los lentes de vidrio
(MO) o los lentes electromagnéticos
(ME). El sistema de traducción de
la imagen corresponde al sistema
de
obser-vación
y
registro
fotográfico de la imagen.
Sistemas del ME.
El ME consta de 3 secciones :
sistema eléctrico, sistema de vacío
y columna del microscopio.
1. Sistema eléctrico : consiste en
una unidad de alta tensión, una
unidad de suministro de corriente
para las lentes electromagnéticas y
una unidad estabilizadora del
voltaje en la unidad de alta tensión
y las lentes electromagnéticas. La
unidad de alta tensión opera entre
-20 y -100 KV para generar el alto
voltaje necesario para obtener un
rayo electrónico de muy corta λ.
Microscopio electrónico
2. Sistema de vacío : existen 3
razones por las cuales debe haber
vacío en la columna de un ME :
a) frente al aire, los electrones solo
podrían viajar unos micrómetros
antes de chocar con alguna
partícula y la distancia entre el
filamento y la pantalla de
observación es casi de un metro.
Así, el vacío permitiría que los
electrones puedan desplazarse en
toda esta extensión sin chocar con
ninguna partícula.
b) cualquier molécula gaseosa
existente entre el filamento y el
ánodo pudiera convertirse en iones
cargados, originando una descarga
eléctrica en lugar de un rayo de
electrones.
c) en vacío, la vida media del
filamento es mayor, reduciéndose
la posibilidad de oxidación cuando
se caliente.
Para lograr vacío, se dispone de
dos tipos de bombas : una de
difusión de aceite respaldada por
una bomba rotatoria mecánica.
Como las vibraciones de estas
bombas pueden alterar la imagen
en el ME, se las instala alejadas
del instrumento.
Para evitar tener que ventilar y
reevacuar toda la columna cada
vez que se desee cambiar la
muestra o las placas, existe un
sistema de compuertas que aislan
estos compartimentos.
3. Columna del microscopio :
consiste en un tubo metálico al
vacío en el cual están ubicados, de
arriba abajo, el filamento de
tungsteno encerrado en el cilindro
del cátodo, la placa del ánodo, un
número
de
lentes
electromagnéticas,
una
pantalla
fluorescente de observación y un
dispositivo con placas fotográficas.
3. (a) Producción de electrones : el
rayo de electrones es producido por
el llamado “cañón” electrónico,
conformado por un filamento de
tungsteno
(wolframio,
W)
introducido en una cubierta
metálica cilíndrica denominada
cubierta del cátodo, el cual tiene
un pequeño orificio en su centro;
por debajo de ella, está una
pequeña placa metálica llamada
ánodo (polo positivo).
Al circular corriente por el
filamento se producen electrones
debido a una emisión termoiónica,
cuando el filamento llega a
calentarse a 2.200 ºC. Los
electrones son arrastrados hacia el
ánodo por una gran diferencia de
potencial entre el cátodo (-20 a 200 KV) y el ánodo (cero). Esta
diferencia en el voltaje se conoce
como voltaje de aceleración y la λ
de los electrones es inversamente
proporcional a esta diferencia de
potencial.
Microscopio electrónico
CATODO
Filamento
ANODO
3. (b) Lentes electromagnéticos :
las lentes en el ME son bobinas
electromagnéticas
cilíndricas
capaces
de
crear
campos
magnéticos que puedan modificar
la trayectoria de los electrones.
Una bobina se encuentra cubierta
con una caparazón de hierro
dejando en su centro un pequeño
orificio. Para enfocar un rayo
electrónico en un plano dado puede
variarse la corriente que pasa por
la bobina. Al aumentar la cantidad
de corriente que pasa por una lente
el rayo se acerca a la lente y al
reducir la corriente, aumenta la
longitud focal. Así, las lentes
electromagnéticas
tienen
una
longitud focal variable.
El rayo electrónico producido en
el cañón electrónico es enfocado
por el lente condensador en el
plano del especímen como un punto
de luz de un diámetro muy
pequeño.
Si se aumenta la corriente en el
lente condensador, el punto se
produce por encima del espécimen
(sobre-enfocado) y si se disminuye
la corriente, el punto se forma por
debajo
del
espécimen
(subenfocado). Normalmente, existen
dos lentes condensadores como un
sistema que dé mejor iluminación
que uno solo. En este caso, el
primer lente condensador reduce el
diámetro del rayo electrónico de 50
mm a 1 mm. Este rayo reducido es
proyectado en el espécimen por el
segundo lente condensador. En la
práctica, la corriente del primer
lente condensador se mantiene
constante y se varía la corriente
del segundo lente para un enfoque
más preciso sobre el espécimen.
Campo
magnético
A
Dibuje en la parte derecha del dibujo,
cómo se representaría el campo
magnético al aumentar la cantidad de
corriente que pasa por el lente A.
Al chocar el rayo contra el
espécimen, muchos electrones lo
atraviesan sin desviarse, pero otros
son desviados por la presencia de
átomos
de
metales
pesados
presentes en ciertas estructuras de
la muestra. Esto forma un modelo
en el rayo emergente que es
transformado en imagen por el
lente objetivo.
Microscopio electrónico
El lente objetivo genera un
campo magnético muy concentrado
Enfoca los electrones que pasaron
por él, unos milímetros por debajo
del plano del espécimen. Allí se
forma una imagen aumentada (200
x), llamada imagen intermedia y
la calidad de esta imagen es la que
determina la calidad de la imagen
final.
De este modo, es el lente objetivo
el que determina el poder de
resolución del ME y es aquí donde
las
aberraciones
toman
importancia. Debido a que la
profundidad de foco del lente
objetivo es cerca de 200 nm, el
grosor aconsejable de la muestra
debe ser de 60 nm. La nitidez de la
imagen se logra variando la
corriente que pasa por el lente
objetivo.
Por debajo del lente objetivo, en el
ME puede haber 3 lentes :
difractor, intermedio y proyector.
Generalmente el lente difractor se
utiliza para estudios mineralográficos. La imagen producida por
el lente objetivo es captada y
mantenida constante por el lente
intermedio.
Esta
imagen
intermedia
es
aumentada por el lente proyector.
Este lente tiene una profundidad
de foco de varios metros, así que no
es crítica la distancia entre este
lente y la pantalla de observación y
las placas fotográficas. Debido a
esta profundidad de foco, los
cambios finos en el enfoque no son
visibles a simple vista, por lo que
debe utilizarse un MO binocular.
4. Formación de la imagen :
La
parte final de la columna del ME
es una pantalla de observación,
debajo de la cual se aloja un
sistema especial para las placas
fotográficas. La pantalla está
cubierta
con
un
material
fluorescente
que
al
ser
bombardeado con los electrones
emite luz visible. Entonces, solo los
electrones que lograron pasar por
la muestra, producirán una imagen
luminosa; los rayos desviados no
emiten luz y sus zonas se verán
negras. Por otra parte, el grano del
material fluorescente sólo permite
una resolución cercana a 35 mm,
por tanto, la placa fotográfica debe
contener una emulsión fotográfica
de grano muy fino, para captar la
mayor cantidad de estructuras con
muy buena resolución.
Microscopio electrónico
Cable de alto voltaje
Cañón electrónico
Condensador 1
Apertura del condensador
Condensador 2
Intercambiador muestras
Apertura del objetivo
Lente objetivo
Apertura del difractor
Lente difractor
Lente proyector 1
Microscopio Binocular
Panel izquierdo
de controles
Lente proyector 2
Ventana de
observación
Cámara para
placas fotográficas
Panel derecho
de controles
Microscopio electrónico
Componente
Función
Cañón electrónico
Genera los electrones y proporciona el
primer grupo coherente de rayo electrónico
Condensador 1
Determina el punto de iluminación más
pequeño sobre el espécimen
Condensador 2
Varía la cantidad de iluminación sobre el
espécimen
Apertura del Condensador
Reduce las aberraciones esféricas
Lente objetivo
Produce la primera imagen, la enfoca y
la aumenta
Apertura del objetivo
Reduce las aberraciones esféricas y
controla el contraste
Lente intermedio o Difractor
Proporciona el modelo de difracción y
ayuda a magnificar la imagen del objetivo
Apertura del difractor
Selecciona el área que será difractada
Lente proyector 1
Ayuda a magnificar la imagen
Lente proyector 2
Ayuda a magnificar la imagen
Cámara observación
Contiene la pantalla de observación
para la imagen final
Microscopio binocular
Aumenta la imagen de la pantalla de
observación para un enfoque nítido
Cámara de fotografía
Contiene las placas fotográficas para
registrar la imagen final
Microscopio electrónico
1 milímetro = 1000 micrómetros
1 mm = 1000 µm
1 µm = 0.001 mm
1 micrómetro = 1000 nanómetros
1 µm = 1000 nm
1 nm = 0.001 µm
1 nanómetro =
1 nm =
1 Å =
10 Angstrom
10 Å
0.1 nm
Microscopio electrónico
Problemas.
Resuelve lo siguiente :
1. ¿Cuántos nm son 550 Å?
Respuesta
2. ¿Cuántos nm son 0.35 µm? Respuesta
3. ¿Cuántos µm son 175 nm? Respuesta
4. Una microvellosidad mide 25 µm de largo, convierta esta cantidad en nm.
Respuesta
5. Una mitocondria mide 350 nm de ancho, ¿cuántos µm son?
Respuesta
6. Un cuerpo residual mide 350 nm de diámetro, ¿a cuántos µm corresponden?
Respuesta
7. Una membrana mide 70 Å de grosor, convierta esta cantidad en nm.
Respuesta