El microscopio electrónico cumple cincuenta años

En agosto de este año, en Hamburgo, se ha conmemorado el quincuagésimo aniversario de la invención, por parte de Knoll y Ruska (1932), de la primera lente electromagnética: acababa de nacer el microscopio electrónico de transmisión. Seis años más tarde, de nuevo Knoll, pero esta vez con la ayuda de Von Arpenne, diseña otro: el de barrido. El microscopio electrónico permite introducirnos en el fascinante mundo de lo casi infinitamente pequeño, y ha sido el instrumento utilizado por un equipo del Centro Nacional de Virología y Ecología Sanitarias de Majadahonda (Madrid), para aislar, por primera vez en España, una colonia de astrovirus.

La lente electromagnética permite manipular electrones en el interior de conductos en los que previamente se ha realizado un alto vacío. Sobre la misma base, y tras el invento del microscopio electrónico de transmisión, y el de barrido, en la década de los setenta, Jashimoto, en el Japón, y A. Crewe, en Norteamérica, construyeron por separado un híbrido -transmisión / barrido- capaz de ver cosas tan diminutas como un átomo.La doctora Herrera es jefa de sección del departamento de Microscopía Electrónica del Centro Nacional de Virología y Ecología Sanitarias de Majadahonda (Madrid) y presidenta de la Asociación Española de Microscopía Electrónica. Ella dirige el equipo que, por primera vez en España, ha logrado aislar, identificar y catalogar una colonia de astrovirus. Estos virus, con aspecto de ovni en formación, son los causantes de las deshidrataciones -por diarrea- que padecen especialmente los niños en las épocas veraniegas.

Estos astrovirus han sido localizados mediante un microscopio electrónico de transmisión. Este potente aparato es capaz de aumentar 800.000 veces cualquier punto o detalle del material sometido a observación. El chorro de electrones producidos por un filamento incandescente es canalizado sobre la preparación mediante un cañón o tubo de alto vacío. Dentro de éste, aproximadamente en su mitad, se introduce -a presión- una fina pieza en cuyo extremo lleva un taladro; sobre éste se coloca una diminuta rejilla de cobre (el porta) que sostiene la preparación: una rebanada finísima, casi translúcida, de la materia a observar.

Con un chasquido seco se pone en marcha el microscopio. Desde el extremo superior del cañón brota el chorro de electrones que atravesará la preparación con objeto de dibujarla sobre la pantalla fluorescente que, en la oscuridad del cuarto, brilla ante nuestros ojos. Antes del choque, los electrones deben ser agrupados; para ello se les obliga a pasar a través de un conjunto de campos electromagnéticos -lentes condensadoras- que transforma el desordenado chorro electrónico en un fino y potente haz; éste incide sobre la preparación que, a modo de filtro -en función de su estructura-, desvía y frena la trayectoria de cada electrón, es decir, el haz que sale lleva dibujada en su interior la estructura que acaba de atravesar.

Conservar las trayectorias

Como la mayoría de los electrones han sufrido frenazos y desviaciones, es necesario reagruparlos de nuevo para evitar que se dispersen, pero sin que pierdan las nuevas trayectorias adquiridas. Para ello se sitúan debajo de la muestra varios conjuntos de campos electromagnéticos que los reagrupan en un nuevo haz. Este continúa su camino a lo largo del cañón hacia el esperado encuentro con la pantalla sobre la que reproducirá la imagen de la preparación bombardeada.Sobre la pantalla se visualizan las imágenes contenidas en el haz de electrones; éstas son nítidas y bidimensionales, es decir, carecen de sensación de relieve.

La doctora Herrera hace hincapié en la paciente labor que sus técnicos realizan cada vez que es necesario montar una preparación. No sólo es necesario deshidratar el material que se desee observar, sino que éste debe ser pulverizado en finas partículas. Posteriormente, cada una de ellas se introduce en un pequeño tubo que contiene una solución formada, básicamente, por resina. Cuando se endurece, se extrae de cada tubito su contenido: unos minúsculos cilindros, en cuyo fondo se ve -como un diminuto punto oscuro- la partícula que va a ser examinada.

El problema de los microscopios de transmisión radica en que no pueden suministrar informaciones sobre el aspecto externo de la preparación, y mucho menos conocer cuál es la posición relativa de un punto en la situación general de la zona examinada. Para obtener imágenes tridimensionales -con relieve- es necesario que el haz no atraviese la preparación, sino que la recorra.

Esto es precisamente lo que hace el microscopio de barrido. El chorro de electrones generado por el filamento incandescente es dirigido hacia la muestra, pero en lugar de atravesarla, la barre, es decir, la recorre en todas las direcciones. Al chocar los electrones contra ella, unos rebotan, otros se desprenden y algunos, pocos, se pierden en su interior. Lógicamente, tanto los electrones rebotados como los desprendidos poseen una trayectoria propia que refleja su posición durante el impacto, después del cual son agrupados en dos haces.

La mayoría de los microscopios de barrido aprovechan únicamente el haz de electrones desprendidos. Este es canalizado, ampliado y dirigido por el interior del cañón con la ayuda de campos electromagnéticos. Al final de éste -en su base- se encuentra la pantalla, que ya no es fluorescente, sino que ha sido sustituida por un tubo catódico similar al de un televisor convencional. El choque de los electrones desplazados sobre este tubo catódico produce una imagen barrida que representa, exactamente, la superficie de la preparación. Como el haz de electrones recorre constantemente la preparación, la imagen que se produce en la pantalla no es fija, sino que aparece generada por una raya blanca que, a su paso, la construye. Mediante una serie de mandos es posible fijarla, centrarla, aumentarla, obtener efectos zoom, fotografiarla, medirla....

En este tipo de microscopio, las preparaciones, como no han de ser atravesadas, pueden tener cualquier aspecto externo y alcanzar un tamaño -en algunos casos- similar al de un huevo de paloma. Para introducirlas dentro del radio de acción del chorro de electrones se necesita disponer de una cámara amplia y de fácil acceso. Esta es esférica y está situada en la base del cañón; durante todo el tiempo que permanece abierta brota de su interior una espesa nube de nitrógeno que impide que penetre en su seno cualquier tipo de partícula contaminante. Una vez cerrada, se procede automáticamente a extraer el nitrógeno por succión.

Observación de los átomos

Si los de transmisión son capaces de ofrecer una imagen plana de un virus aumentada 800.000 (ochocientas mil) veces y los de barrido permiten, contemplar, tridimensionalmente, en un monitor de televisión el desarrollo de una célula, en la actualidad ya existen modelos de microscopios electrónicos que combinan la potencia de los de transmisión con las posibilidades plásticas de los de barrido. Estos nuevos tipos son capaces de detectar cosas tan diminutas como un átomo, que, por término medio, es doscientas veces más pequeño que el más minúsculo virus observado hasta ahora con los microscopios de transmisión clásicos.Realmente, el microscopio de transmisión-barrido no permite ver un átomo en el sentido clásico, es decir, no es factible contemplarlo como un núcleo rodeado de electrones orbitales. En la actualidad, la visión de partículas atómicas constituye un mero ejercicio de especulación científica al alcance de muy pocos centros de investigación; pero es innegable que hechos como éstos configuran el futuro de la microscopía electrónica.