Abans de conèixer amb detall les parts per les quals està compost un microscopi, és important que sapiguem què és aquest instrument i per què va suposar una revolució científica. Un microscopi és un aparell òptic dissenyat per produir imatges molt ampliades d'objectes extremadament petits, com ara cèl·lules, microorganismes o estructures internes de teixits, que són pràcticament invisibles a l'ull humà. En permetre observar aquests elements i distingir-ne els detalls fins, el microscopi es va convertir en un objecte essencial per a les pràctiques científiques.
Un microscopi ha de ser capaç de realitzar tres tasques bàsiques: magnificar la imatge (fer-la més gran), resoldre detalls molt fins (distingir punts molt propers com a elements separats) i projectar aquesta imatge de manera que l'ull humà o una càmera puguin veure-la amb claredat. Per aconseguir-ho combina una sèrie d'elements mecànics i òptics que treballen en conjunt. Comprendre les parts del microscopi i les seves funcions és essencial per fer-lo servir correctament i evitar errors d'enfocament, il·luminació o interpretació de les mostres.
Una mica d'història
La invenció de l'microscopi es manté com una cosa incert. No obstant això, tot i que s'esmenta a un comerciant holandès anomenat Anton Van Leeuwenhoek, a qui es coneix com el pare de la microbiologia pel seu descobriment dels glòbuls vermells i el perfeccionament dels microscopis, en realitat el primer invent va venir de mans d'un fabricant d'ulleres d'origen també holandès, anomenat Zaccharias Janssen i del seu pare Hans Janssen. Això va passar al voltant de l'any 1590.
Aquests primers dissenys corresponien a un microscopi compost molt rudimentari, format per un tub allargat amb lents als seus extrems. Era un microscopi compost que tenia un tub d'uns 45 cm de llarg i aproximadament 5 cm de diàmetre amb una lent convexa a cada extrem. En mirar a través d'aquest sistema, s'obtenien imatges ampliades, encara que amb moltes aberracions òptiques i halos de colors deguts a la aberració cromàtica i esfèrica.
Aproximadament el 1673, l'holandès Antoni Van Leeuwenhoek, qui era un venedor de teles sense estudis formals en ciència, va prendre interès per les minúscules representacions de vida que intuïa en observar amb lupes els seus teixits, la qual cosa el va portar a fabricar els seus propis microscopis simples d'una sola lent. Gràcies a la seva habilitat per polir lents de gran qualitat, va aconseguir potències d'augment sorprenents per a l'època i amb això es va convertir en un autèntic caçador de microbis.
Alguns asseguren que va elaborar amb les seves pròpies mans més de 500 lents d'augment, amb les quals podien augmentar fins a unes 500 vegades la mida original dels microorganismes. A Van Leeuwenhoek se li adjudiquen els descobriments de les bacteris, els protozous i, segons algunes publicacions, també els espermatozoides. Tot i que els seus microscopis eren tècnicament simples (una sola lent), superaven en qualitat d'imatge molts microscopis compostos de la seva època precisament perquè presentaven menys problemes d'aberracions òptiques.
Paral·lelament, altres científics com Robert Hooke van desenvolupar microscopis compostos més sofisticats. Hooke va descriure en una de les seves obres l'estructura d'un suro i va encunyar el terme “cèl·lula” en veure petites cavitats que recordaven les cel·les d'una bresca d'abelles. Amb el temps, i gràcies a millores en la fabricació de lents i en la mecànica de l'instrument, els microscopis van anar guanyant resolució, estabilitat i comoditat d'ús, fins a esdevenir la poderosa eina de laboratori que avui coneixem.
Els avenços posteriors en la formulació del vidre, la correcció d'aberracions cromàtiques i la introducció de recobriments antireflex van permetre fabricar objectius i oculars molt més precisos. Més endavant es van incorporar fonts de llum elèctrica, sistemes d'enfocament fi, oculars binoculars i, a l'era moderna, microscopis digitals i intel·ligents que integren càmeres, programari danàlisi dimatge i automatització de tasques com la fotomicrografia, lajust dexposició o la captura seriada dimatges.
Classificació de l'microscopi
Hi ha una àmplia gamma de microscopis, cosa que permet classificar-los segons diversos criteris clau. Conèixer aquestes classificacions és útil per a triar el tipus de microscopi adequat segons l'ús que se li donarà al laboratori, l'escola o la indústria.
Una classificació bàsica es fa segons el nombre de lents, el sistema d'il·luminació, la transmissió de la llum, el nombre d'oculars i la configuració dels elements.
- Segons el nombre de lents: Simples (una sola lent, com una lupa) i compostos (combinen objectiu i ocular per assolir un augment en dues etapes).
- Segons el sistema d'il·luminació: Òptic de llum visible (el més comú en ensenyament i laboratori), electrònic (com el microscopi electrònic de transmissió o d'escombrat), de llum ultraviolada, de llum polaritzada i de fluorescència.
- Segons la transmissió de llum: De llum transmesa (la llum travessa la mostra, ideal per a teixits prims) i de llum reflectida o episcòpica (la llum es reflecteix a la superfície de la mostra, molt usat en materials i electrònica).
- Segons el nombre d'oculars: Monocular (un ocular), binocular (dos oculars per a observació més còmoda i visió estereoscòpica aparent) i trinocular (dos oculars per a observació directa i un tercer tub per a càmera).
- Segons la configuració d'elements: Digitals (integren càmera i, sovint, connexió a ordinador), estereoscòpics o de dissecció (ofereixen una imatge tridimensional aparent i baixos augments, molt útils per a treballs de camp o dissecció).
També hi ha altres tipus de microscopis especialitzats, com ho són: de camp fosc (millora el contrast de mostres poc tenyides), confocal (produeix imatges amb gran resolució i talls òptics en 3D) i de contrast de fases (ideal per a cèl·lules vives transparents sense tenyir).
A més de distingir tipus, en triar un microscopi també convé valorar paràmetres com la resolució (capacitat per separar dos punts molt propers), el poder d'augment útil, la qualitat dels seus objectius i condensador, i el pressupost disponible. Alguns models proporcionen una major resolució amb menor augment aparent, cosa que pot ser més útil que tenir un augment exagerat però sense detall real.
Parts d'un microscopi
Per determinar les parts d‟un microscopi es parla de dos grans conjunts: el sistema mecànic y el sistema òptic.
El sistema mecànic està format per totes les peces que proporcionen suport, estabilitat i moviment als elements òptics. El sistema òptic comprèn les lents i components relacionats amb la formació, ampliació i il·luminació de la imatge. El treball combinat de tots dos sistemes és el que permet observar amb nitidesa la mostra col·locada sobre la platina.
A molts textos també es parla de tres parts estructurals generals: cap o cos (on es concentren la majoria d'elements òptics), base (suport i il·luminació) i braç (connexió entre base i cap). Tot i que els noms poden variar lleugerament, la funció és essencialment la mateixa.
Sistema mecànic del microscopi
Quant al sistema mecànic, també anomenat muntura, el mateix és de forma i dimensió variables. Hi ha models grans, mitjans i petits o portàtils. Els models més grans solen incorporar tots els elements necessaris per a treballs professionals, així com permetre lintercanvi de peces i accessoris per realitzar observacions molt variades.
Tot i les diferències de mida, la majoria de microscopis òptics compostos posseeixen característiques i parts similars, on els elements estructurals s'encarreguen de mantenir les mostres alineades, assegurar l'estabilitat de laparell i permetre moviments precisos per enfocar.
-
Base o peu:
Normalment és la peça que més pesa per poder subministrar el equilibri i estabilitat necessàries indispensables al moment de lexecució de lestudi. Es troba a la part inferior del microscopi i sobre ella es munten la resta d'elements. Sol tenir forma de Y, de ferradura o rectangular, i al seu interior allotja, a la majoria de models moderns, el il·luminador o focus de llum.
Inclou a la part de baix alguns topalls de goma antilliscants per evitar que el microscopi llisqui sobre la superfície on es troba. Aquesta base també ajuda a absorbir petites vibracions, cosa que millora la nitidesa de la imatge quan s'utilitzen alts augments.
-
braç:
És la peça intermèdia del microscopi que connecta totes les seves parts i constitueix el esquelet del microscopi. És l'encarregat de connectar la superfície on es col·loca la mostra amb l'ocular per on es pot observar. Les diferents lents que es troben al microscopi estan lligades al braç, tant la de l'objectiu com la de l'ocular.
En molts models, el braç inclou també el sistema denfocament macromètric i micromètric i actua com a nansa per transportar el microscopi de manera segura. Per això, en moure l'equip es recomana subjectar-lo pel braç amb una mà i recolzar la base amb l'altra, evitant cops i desajustos.
-
platina:
Allí es col·loca la mostra que es vol observar. La platina és una superfície plana i rígida, generalment metàl·lica, en què es col·loca el portaobjectes de vidre amb l'espècimen. La posició vertical d'aquesta superfície a relació a les lents de l'objectiu és regulable a través de dos cargols que es troben molt a prop de la base o sobre el propi braç.
La platina posseeix un forat central per mitjà del qual s'il·lumina la mostra, ja que el feix de llum provinent del focus o mirall l'ha de travessar. També hi ha dues pinces unides a aquesta, anomenades clips de platina, que subjecten fermament el portaobjectes.
En microscopis més avançats s'utilitza una platina mecànica, que inclou cargols o perilloses per moure la mostra de forma controlada als eixos X i Y (horitzontal i vertical). Això permet recórrer la preparació sense necessitat de tocar-la amb els dits i obtenir moviments suaus i precisos durant l'observació.
-
pinces:
Es troben fixades a la platina i permeten mantenir la mostra en una posició fixa. La seva funció és evitar que el portaobjectes es desplaci durant l'enfocament o en moure la platina, cosa que és especialment important quan es treballa amb alts augments o quan es fan mesuraments precisos.
-
Cargol macromètric:
La seva funció és ajustar la posició vertical de la mostra respecte a lobjectiu. Aquest cargol, més gran, actua sobre el tub o sobre la platina, permetent desplaçaments relativament grans en sentit vertical. S'utilitza per obtenir un primer enfocament que després és complementat amb el següent cargol anomenat micromètric.
El moviment que genera sol ser semblant al d'una cremallera, apropant o allunyant ràpidament els objectius de la mostra. Per això s'ha d'usar amb compte quan es treballa amb objectius de gran augment, per evitar que la lent xoqui amb el portaobjectes.
-
Cargol micromètric:
Posseeix més precisió pel que sutilitza per aconseguir un enfocament fi i exacte de la mostra. El seu ajustament s'ha de fer de forma lenta per al desplaçament vertical de la platina o del tub. Els moviments que produeix són extremadament petits (de l'ordre de mil·lèsimes de mil·límetre), cosa que permet afinar l'enfocament fins a obtenir un màxim grau de nitidesa.
En molts microscopis, els cargols macromètric i micromètric es troben combinats en un sistema coaxial (dues rodes concèntriques), facilitant el maneig i estalviant espai al braç de l'instrument.
-
revòlver:
És la peça giratòria on es munten els objectius. També es coneix com torreta portaobjectius o peça del nas. Cal esmentar que cada objectiu té particularitats específiques, és a dir, cadascú dóna un augment diferent. I és a través del revòlver on es pot seleccionar el més adequat segons allò que s'ameriti al moment de l'estudi.
Habitualment el revòlver permet escollir entre tres o quatre objectius diferents, encara que alguns models avançats poden incorporar-ne més. Sol incloure un sistema de clic o detenció per indicar quan un objectiu està centrat correctament en l'eix òptic. Aquest centrat és essencial perquè la imatge sigui nítida i el camp de visió estigui ben alineat.
-
tub:
Com el seu nom ho indica, és un tub unit al braç del microscopi que permet la connexió entre l'ocular i els objectius. És una peça estructural que forma part essencial per mantenir la correcta alineació dels elements òptics. En alguns dissenys, el tub es pot dividir en diversos segments, especialment en microscopis trinoculars o amb capçals inclinables.
Als microscopis binoculars, el tub es divideix en dues branques per allotjar els dos oculars i, en molts casos, permet ajustar la distància interpupilar, adaptant-se a la separació entre els ulls de lusuari per a una observació còmoda.
A més d'aquestes parts, alguns microscopis inclouen un topall de bastidor o limitador d'enfocament que controla fins on pot pujar la platina, evitant que la lent de l'objectiu entri en contacte amb el portaobjectes i pugui fer malbé tant la mostra com l'òptica.
Parts de sistema òptic
Ja expliquem els elements que componen el sistema mecànic de microscopi. Ara coneixerem amb detall les parts de sistema òptic. Aquest sistema és l'encarregat de generar i manipular la llum adequada que s'ameriti segons l'estudi a realitzar, així com de formar i ampliar la imatge de la mostra.
Les parts òptiques del microscopi s'utilitzen per veure, ampliar i produir una imatge nítida una mostra col·locada en un portaobjectes. Inclouen lents, diafragmes, prismes i font d'il·luminació. Totes estan dissenyades per reduir, en la mesura del possible, problemes com la distorsió, el desenfocament i les aberracions de color.
-
Focus o font de llum:
És evidentment un element essencial ja que és el que genera la llum que va dirigida cap a la mostra. Segons el tipus de microscopi, el feix de llum que emet el focus va dirigit cap a un mirall que al seu vegada ho desvia cap a la mostra, o bé viatja directament cap al condensador situat sota la platina.
La font de llum sol ser una llum halògena o LED integrada a la base del microscopi, amb un voltatge relativament baix per evitar escalfaments excessius de la mostra. Alguns equips permeten regular la intensitat lluminosa mitjançant un potenciòmetre o reòstat, cosa que contribueix a ajustar el contrast i la comoditat visual de l'observador.
La posició en què es trobi el focus dependrà de si es tracta d'un microscopi de llum reflectida o de llum transmesa. En llum transmesa, la font està per sota de la platina. En llum reflectida, l'il·luminador se situa per sobre i la llum incideix sobre la superfície de la mostra des de dalt.
-
condensador:
És l'encarregat de concentrar i enfocar els raigs de llum que provenen del focus cap a la mostra. Normalment aquests són divergents per la qual cosa el condensador canvia la direcció dels mateixos, portant-los a ser paral·lels o fins i tot convergents, de manera que il·luminin de manera homogènia el camp de visió.
Es troba situat just a sota de la platina i sol anar acompanyat d'un mecanisme d'enfocament propi (perilla d'enfocament del condensador) que permet pujar-lo o baixar-lo per ajustar la manera com la llum incideix sobre la mostra, especialment important quan es treballa amb augments superiors (per sobre de 400x).
En microscopis d'alta qualitat és habitual l'ús d'un condensador Abbe, dissenyat per oferir una obertura numèrica elevada i una il·luminació molt controlada, fet que contribueix a obtenir imatges clares i ben contrastades fins i tot amb objectius de gran augment.
-
diafragma:
Aquesta peça permet regular la quantitat de llum que ingressa a la mostra. Amb aquesta acció de regular la llum s'obre l'opció de variar el contrast amb el qual s'observa la mostra. El diafragma es troba ubicat just a sota la platina, associat al condensador, i el seu punt òptim depèn del tipus de mostra observada així com de la transparència de la mateixa.
Funciona de forma similar al iris de l'ull humà: en obrir-se deixa passar més llum i en tancar-se la redueix. Ajustar correctament el diafragma ajuda a evitar imatges massa brillants o massa fosques, i permet ressaltar detalls que podrien passar desapercebuts amb una il·luminació incorrecta.
-
Objectiu:
Aquest element ve a ser el conjunt de lents que es troben més a prop de la mostra, els quals produeixen la primera etapa daugment. Els objectius es troben muntats al revòlver, permetent així la selecció de l'objectiu adequat per a l'augment necessari.
Porten escrit a la part lateral el augment (per exemple 4x, 10x, 40x, 100x) i la obertura numèrica que admeten, paràmetre clau per a la resolució. Per naturalesa la seva distància focal és molt curta, especialment en els objectius de gran augment, cosa que exigeix apropar molt la lent a la mostra per obtenir una imatge enfocada.
En molts microscopis es disposa d'almenys tres objectius: un de baix augment o d'escaneig, un intermedi i un de alt augment. Alguns inclouen un objectiu d'immersió en oli, que permet assolir un poder de resolució més gran en augmentar l'índex de refracció entre la lent i la mostra.
-
ocular:
Després que l'objectiu subministra la primera etapa de l'augment, l'ocular, essent un element òptic, és el que proporciona la segona etapa d'ampliació de la imatge. És a dir, també amplia la imatge que ha estat augmentada prèviament mitjançant l'objectiu, encara que l'augment que aporta l'ocular sol ser inferior al de l'objectiu.
Tot i així, és a través d'aquest element que es pot a realitat observar la mostra. La majoria dels oculars estàndard ofereixen augments de 10x, encara que també hi ha oculars de 5x, 15x o 20x segons el tipus de treball. És aquí on es dóna la classificació dels microscopis monoculars, binoculars i fins i tot trinoculars.
Entenent llavors que el augment total del microscopi ve donat per la combinació de lobjectiu i locular (multiplicant ambdós valors), triar la combinació adequada és clau per equilibrar augment, camp de visió i lluminositat. Un augment excessiu sense prou resolució només proporciona una imatge molt gran però pobra en detalls útils.
-
Prisma òptic:
Segons alguns textos de medicina, alguns microscopis inclouen al seu interior prismes capaços de corregir la direcció de la llum. Aquest element és imprescindible en el cas dels microscopis binoculars, ja que el prisma arriba a dividir el feix de llum que prové de lobjectiu perquè pugui ser dirigit cap a dos oculars diferents.
A més de dividir el feix, aquests prismes poden corregir l'orientació de la imatge, de manera que allò que s'observa aparegui amb l'orientació adequada i no invertit o voltejat, facilitant la interpretació de la mostra. En microscopis trinoculars, els prismes també poden derivar part de la llum cap al tercer tub a què s'acobla una càmera per a fotomicrografia o vídeo en temps real.
Altres elements elèctrics i de control
En molts models moderns s'inclou un transformador intern o extern que adapta el corrent elèctric a les necessitats del llum del microscopi, ja que la potència de la bombeta sol estar per sota de la potència de la xarxa domèstica. Alguns transformadors compten amb un control d'intensitat que permet modificar la lluentor sense necessitat de tocar el diafragma, aconseguint així una il·luminació més confortable per a sessions llargues d'observació.
Amb tot això descrit, podem tenir la certesa dels elements que formen part d'un microscopi, el qual és un instrument essencial per a l'estudi de microorganismes influents en el desenvolupament de la humanitat, a la investigació biomèdica, en l'anàlisi de materials i en la perquisició de malalties així com dels seus possibles capellans. Gràcies a la combinació d'una estructura mecànica estable amb un sistema òptic precís i una il·luminació controlada, aquest instrument ha permès ampliar els límits del que l'ull humà pot veure i ha canviat per sempre la manera com entenem el món microscòpic.