Métodos III. Microscopía Electrónica

Material complementario
Tema: Microscopía electrónica.

Objetivo: Que el estudiante sea capaz de describir el principio de la microscopía electrónica y
sus aplicaciones.
Historia de la microscopía electrónica
Según vio Abbe el poder de resolución del microscopio óptico de campo brillante es limitado, no
por la calidad o la naturaleza de las lentes que puede construir el hombre sino por la λ. Esto
significa que dos estructuras separadas por menos de 0.2 µm no pueden resolverse como diferentes.
Aprovechando la menor λ de la luz ultravioleta (UV), el poder de resolución puede duplicarse,
pero esto requiere de lentes de cuarzo o de otro tipo, que transmiten la luz UV, y de una pantalla
fluorescente para observar los objetos. Los microscopios ultravioletas probablemente habrían sido
utilizados más para aprovechar este poder de resolución extra si no se hubiera producido el
desarrollo revolucionario que siguió al descubrimiento, en la década de 1920, de que podían
utilizarse campos magnéticos o electrostáticos como verdaderas lentes para un haz de electrones.
La historia de la microscopía electrónica data de principios del siglo XX y está ligada al desarrollo
de la primera lente electromagnética en 1926 por Hans Busch. Este descubrimiento abrió la
posibilidad de utilizar los principios de la lente para inventar un microscopio que podría examinar
la estructura de muestras con mayor detalle. La construcción del microscopio electrónico
representa un verdadero logro en cuanto a incrementos del aumento y del poder de resolución. El
primer microscopio electrónico de transmisión fue construido por Knoll y Ruska, en 1931. En
1937, Bodo von Borries y Helmut Ruska lo ensamblaron para el examen de muestras biológicas.
Posteriormente, en el año 1938, Manfred von Ardenne construyó el primer Microscopio
Electrónico de Barrido (SEM, por sus siglas en inglés) y comercialmente distribuido hasta 1965
por la compañía británica, Cambrige Instruments. Desde aquí, los microscopios electrónicos de
transmisión llegaron a ser más fácilmente disponibles en otras áreas del mundo, incluyendo
Norteamérica. En 1986 le concedieron a Ruska el Premio Nobel de física.
Figura 1. Ruska y Knoll construyendo el primer microscopio
electrónico de transmisión.
El principio se debe a que se reemplaza la luz visible, de λ de 500 nm, por un haz de electrones de
λ del orden de 0.005 nm. La aplicación de un haz de electrones permite obtener un poder de
resolución muy elevado. Como los electrones no pueden atravesar las lentes de vidrio, es necesario
reemplazarlos por lentes electromagnéticas, en cuyos campos electromagnéticos o electrostáticos
se modifica el trayecto del haz de electrones.
El microscopio electrónico supone un considerable aumento en el odre de resolución al emplear

electrones acelerados, cuya λ es unas 100000 veces menor. Igual que la luz, los electrones tienen
una naturaleza vibratoria y corpuscular. Al ser de pequeña la λ se pueden contornear muy bien los
objetos, lo que proporciona un gran poder de resolución. La masa de los electrones es muy pequeña
por lo que pueden ser desviados con mucha facilidad.
Tipos de microscopios electrónicos
Microscopio electrónico de transmisión.
La palabra transmisión significa que los electrones atraviesan el objeto. Un filamento (cátodo) en
un tubo de vidrio a alto vacío es calentado y emite electrones que tienden a seguir una trayectoria
rectilínea (aunque vibratoria). Mediante una lente electromagnética (que hace las veces de
condensador) los electrones se concentran en el objeto. Una segunda lente electromagnética
funciona como lente objetivo, y brinda una imagen ampliada del objeto. La tercera lente es el
proyector, que actúa de ocular, volviendo a ampliar la imagen y la proyecta sobre la pantalla
fluorescente o sobre placas fotográficas. Entre ambas lentes hay una lente intermedia, también
electromagnética, que amplía una vez más la imagen.
Figura 2. Diseño óptico de un microscopio electrónico de transmisión.
La formación de la imagen en el microscopio electrónico se debe, principalmente, a la dispersión

de los electrones, al interactuar con los átomos. Así se dispersan los electrones que colisionan con
los núcleos atómicos y con sus electrones en el objeto, a menudo de manera tal que inciden por
fuera de la lente objetivo. Al pasar por el objeto los electrones se dispersan de forma elástica, y
algunos caen fuera de la apertura del objetivo. La imagen que se forma en la pantalla resulta de la
ausencia de estos electrones en determinadas zonas. Esta dispersión está en función del espesor
del objeto y de su densidad molecular (masa atómica). A mayor número atómico, mayor
dispersión. Como la mayoría de las moléculas biológicas tienen átomos de pequeño numero
atómico, el material se contrasta agregando metales pesados como el osmio.
Aplicaciones de la microscopia electrónica de transmisión en la biología
1. Estudio por transmisión de la ultraestructura de los tejidos vivos o de los materiales.

2. En la industria de aceros, hormigones, vehículos, cerámicas.
3. En la patología celular
4. En la fisiología.
5. En arqueología, caracterización de restos por su estructura.
Figura 3. Estructura de una célula vista al microscopio electrónico de transmisión. Se observa una región del
citoplasma donde se puede ver la cantidad de ribosomas.
Microscopio electrónico de barrido

En este tipo de microscopio, los electrones no atraviesan el objeto, la imagen se forma
indirectamente, a través de la captación puntual de detalles en la superficie del preparado. Este
microscopio forma la imagen de la superficie y no es necesario utilizar cortes ultrafinos, dado que
el haz de electrones no atraviesa el preparado.
Se utiliza para el estudio de superficies de células y orgánulos celulares. No es una técnica más de
la microscopia convencional, sino que requiere de otro instrumento. Como en el microscopio
electrónico de transmisión se trabaja con alto vacío, pero el haz electrónico no es fijo y de
superficie amplia sino puntual y móvil, de modo que rastrea punto a punto la muestra. No hay lente
proyectora, sino un detector de electrones que proyecta la imagen fuera del tubo, sobre un monitor.
El poder de resolución con este microscopio es de alrededor de 10 nm pero en contrapartida la
nitidez de la imagen es de hasta 10 veces la que se obtiene con el microscopio óptico. En
consecuencia, se puede lograr una imagen tridimensional definida de la superficie.
Su principal utilidad es la observación de la superficie de las células y componentes de los tejidos,
para obtener una visión tridimensional de su forma externa y organización espacial.
Figura 4. Las células cebadas se encuentran en el tejido conectivo del cuerpo y sus gránulos citoplasmáticos contienen
histamina, importante amina biógena que interviene en las reacciones alérgicas. El relieve de la superficie sugiere la
presencia de granulaciones esféricas rellenando apretadamente el citoplasma. Aunque estas células presentan
microvellosidades, probablemente éstas quedan adheridas a la superficie celular y por ello sólo pueden observarse
unas pocas (flecha). Microscopía electrónica de barrido.
Figura 5. Se muestran los cambios de las células cebadas cuando se degranulan y liberan histmaina. Dispersos en el
centro de la fotografía se encuentran algunos gránulos desnudos. En otras células los gránulos son prominentes, aunque
todavía están cubiertos por una capa citoplasmática. Microscopía electrónica de barrido.
Figura 6. Microscopía electrónica de barrido de conidióforas de aspergillus. El aspergillus es un género de hongo que
incluye algunos mohos corrientes que crecen encima de los alimentos. Es un hongo capaz de causar diferentes
afecciones, desde cuadros alérgicos a infecciones invasoras del pulmón u otros órganos profundos. Se trata de un
saprófito oportunista ampliamente distribuido por la naturaleza cuyas conidias se diseminan por el aire. La aspergilosis
invasora es la infección más grave causada por Aspergillus spp. Se trata de una infección que afecta fundamentalmente
al pulmón de los pacientes inmunodeprimidos, que en algunos casos es capaz de migrar a órganos profundos.

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