¿Conoces la historia del microscopio? Este aparato, nos permite ver objetos de dimensiones tan pequeñas, que a simple vista pasan desapercibidos. Esto se consigue gracias a lentes de determinadas formas, que distorsionan la imagen. En CurioSfera-Historia.com, te explicamos su origen, también quién es su inventor y cómo ha sido su evolución.
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Quién inventó el microscopio
El inventor del microscopio es, Zacharias Janssen en el año 1590. Este fabricante de lentes holandés, hizo junto a su padre algunas observaciones agrupando diferentes lentes. En el fondo, un microscopio no es más que una lupa muy sofisticada. Por eso se hace difícil afirmar con exactitud quién y cuándo se inventó el primer microscopio. Simplemente vamos encontrando lentes cada vez más potentes que permiten observar cosas que antes nadie podía observar antes.
El óptico holandés Zacarías Janssen, junto a su padre, Hans Lippershey, inventa el microscopio a finales del siglo XVI. Otra versión considera que fue Galileo quien lo inventó en 1629, y fue el primero en utilizar esta palabra.
Las primeras observaciones claramente microscópicas, con unos aparatos que se fabricaba él mismo (el microscopio simple) fue otro holandés, Antonie van Leeuwenhoek. Éste, describió que veía una gran variedad de organismos extraños en el agua, los fluidos corporales, el suelo y, en general, partes donde dirige su aparato. Aquel microscopio primitivo no tiene nada que ver con los microscopios actuales. Pero abrió las puertas a todo un mundo, y rompió algunas teorías existentes entonces.
Por ejemplo, en aquel tiempo se consideraba que la vida podía salir por generación espontánea. Allí donde no había nada, repentinamente podían aparecer insectos y pequeños organismos, aparentemente surgidos de la nada. Pero las observaciones de Leeuwenhoek mostraron que, donde se pensaba que no había nada, en realidad sí había huevos y larvas de animales. La vida ya estaba ahí, simplemente era demasiado pequeña para poder verla.
Evolución del microscopio
En el siglo XVII, la tecnología para fabricar lentes de cristal estaba mejorando mucho y Galileo Galilei, fue de los primeros que tenemos constancia que usó un aparato para observar insectos y verlos en tamaño superior.
Los microscopios, despertaron un interés enorme en la comunidad científica. Como si hubieran descubierto un nuevo continente, había que explorar todo un universo en miniatura. Podíamos examinar nuestro propio cuerpo y ver con detalle cómo estábamos hechos.
Poco antes, a finales del siglo XVII, Robert Hooke, había observado que el corcho estaba hecho de pequeñas cavidades huecas en forma de celdas, y las llamó células. Años después se pudieron observar células vivas, lo que nos permitió comprender cómo estaba organizada la vida.
También se vieron pronto los microbios. Las primeras bacterias, parece que las descubrió el mismo Leeuwenhoek, mirando restos de sarro de sus propios dientes. Vio los glóbulos rojos y los espermatozoides. De hecho, la mayoría de los descubrimientos iniciales los hizo él simplemente porque mantuvo en secreto la manera de fabricar sus aparatos.
El microscopio tuvo aplicaciones evidentes en la medicina, pero también en muchos otros campos. Cuando se vio que al agua vivían infinidad de criaturas microscópicas, fue evidente que algunas podían ser malas para la salud. Purificar el agua podía significar matar o eliminar todos aquellos microorganismos.
Con el tiempo, se fue desarrollando la tecnología para hacer microscopios más y más potentes. El mundo del extraordinariamente pequeño fue revelando sus secretos y eso nos permitió comprender cómo se comportaban las cosas a un tamaño mayor.
Los primeros microscopios eran ópticos, funcionaban con luz, pero a la larga se utilizaron otras radiaciones. El microscopio electrónico permitió aumentos mucho más considerables. Entonces ya no mirábamos las células, sino que observábamos el interior de las células. Y finalmente se fabricaron aparatos basados en principios completamente diferentes, como el microscopio de efecto túnel, que revelaba directamente los átomos.
Ahora ya no podemos ir mucho más lejos, pero las mejoras siguen. Quizás no podemos mirar cosas más pequeñas, pero las podemos mirar con mucha más calidad. Por ello, una de las cosas más bellas de la ciencia son las visiones que nos ofrecen los microscopios de lo que nos rodea y que simplemente no vemos.
Microscopio óptico
Aparte del inventor del microscopio óptico (Zacarías Janssen), la persona que más lo evolucionó fue el también holandés Antoine Van Leeuwenhoek (1632- 1723). Se construía las lentes él mismo y se considera el fundador de la bacteriología, fue el primero en observar protozoos, espermatozoides, estrías musculares y bacterias bucales.
Al mismo tiempo, en Italia, el anatomista y biólogo Marcello Malpighi es el primero en observar la circulación sanguínea en 1660, con este tipo de microscopio. Más o menos por la misma época, el inglés Robert Hooke observa una especie de compartimentos vacíos en un trozo de corcho y decide nombrarlos células.
Los microscopios ópticos de entonces, apenas sobrepasaban los 200 aumentos. Y no fue hasta 1877, gracias al físico alemán Ernst Abbe, que trabajaba para Cari Zeiss y que sustituye el agua vehicular por aceite de cedro. Se consiguen 2.000 aumentos, que es el máximo alcanzado en un microscopio óptico.
Microscopio electrónico
Según la ley de Abbe, no es posible distinguir dos objetos separados por una distancia inferior a la mitad de la longitud de onda de la luz que los ilumina. En 1892 se descubrieron los rayos X, que al poseer una longitud de onda muy inferior a la de la luz, habrían podido ser un medio para superar la frontera de la microscopia óptica. En aquellas fechas, sin embargo, los medios técnicos de que disponía la óptica todavía no permitían localizarlos.
Quien inventó el microscopio electrónico
El primer microscopio electrónico, lo diseñan los alemanes Ernst Ruska y Max Knoll entre 1925 y 1930. Basándose en los estudios de De Broglie de las propiedades ondulatorias de los electrones, y son capaces de alcanzar hasta 500.000 aumentos.
El microscopio electrónico, se basa sin embargo en una observación realizada en 1873 por el alemán Emst Abbe. Ese año Abbe, enunció la ley que lleva su nombre y que contenía el germen del microscopio electrónico al poner de manifiesto los límites de la microscopia óptica.
Microscopio de efecto túnel
El microscopio de efecto túnel, que supone un avance considerable respecto al microscopio electrónico, se funda en el siguiente fenómeno: dos segmentos de cable eléctrico pueden conducir una corriente eléctrica si sus extremos están lo suficientemente juntos.
Normalmente, la solución de continuidad que separa ambos segmentos impide que los electrones que han recorrido el primer segmento continúen su recorrido en el segundo, por lo que dan marcha atrás. La mecánica ondulatoria postula (y en este caso demuestra) que las partículas atómicas no pueden ser definidas sólo como entidades independientes, ya que también son ondas.
Si la distancia entre los dos segmentos es superior a cierto valor calculable, la onda se desvanece. Si esta distancia se reduce lo suficiente, la energía de la onda puede franquearla. Los electrones, se comportan entonces como si hubieran excavado un túnel en el obstáculo que se oponía a su avance (de ahí su nombre de microscopio efecto túnel).
Quién inventó el microscopio de efecto túnel
En el año 1982, los suizos G. Binnig y H. Rohrer, del laboratorio de I.B.M., en Zúrich, inventaron un microscopio basado en la explotación del efecto túnel. Recibieron el premio Nobel por este invento en 1986.
Cómo funciona el microscopio efecto túnel
El principio de funcionamiento del microscopio de efecto túnel es muy sencillo. Consiste en desplazar una aguja metálica muy fina, conductora de una corriente, muy cerca del objeto a estudiar. Dado que la intensidad de la corriente transmitida al objeto está en función de la distancia (varía en razón exponencial de la distancia que separa los electrodos), aumentará cuando la aguja pase sobre una protuberancia y disminuirá cuando lo haga sobre un hueco.
Conociendo el índice de estas variaciones, es posible establecer de forma precisa las diferencias de nivel o el relieve del objeto a estudiar. La prensión obtenida es de 0,1 A en la vertical y de 1 A lateralmente, es decir, el tamaño aproximado de un átomo.
Permite obtener por tanto, una imagen de la superficie de un objeto de categoría atómica, y no ya sólo submicroscópica, como sucedía con el microscopio electrónico. De hecho, permite incluso contar uno a uno los átomos de una superficie determinada de germanio o de silicio, por ejemplo.
Este instrumento, ha demostrado ser de una utilidad incomparable para el estudio de las superficies de materiales utilizados en electrónica, como el silicio, cuya capa libre se sabe que se reorganiza siguiendo un orden diferente al de las capas internas de este cristal. El microscopio de efecto túnel, permite también describir la forma y el tamaño de un virus o del ADN.
La realización de este instrumento, ha planteado problemas técnicos de muy alto nivel, particularmente en lo relativo a la estabilidad de la punta electrodo (es de tungsteno y tiene un único átomo en su extremo), que debe permanecer fija a escasos ángstroms del objeto a estudiar, es decir, tiene que mantenerse totalmente aislada de cualquier vibración del entorno, incluidas las vibraciones del sonido.
El prototipo consiste en un microscopio de levitación magnética (suspendido por tanto por efecto magnético) y el desplazamiento de la aguja viene regulado por el factor de dilatación de ciertas cerámicas.
Microscopio de fuerza atómica
Derivado del microscopio de efecto túnel el microscopio de fuerza atómica (AFM), está concebido partiendo del mismo principio, con la diferencia de que ya no es la corriente eléctrica (es decir, los electrones) lo que posibilita el reconocimiento de la superficie a explorar, sino la fuerza de interacción atómica.
En efecto, si la punta de la aguja se encuentra encima de un átomo, experimenta la atracción de éste al producirse una interacción fuerte. Pero si se encuentra situada entre dos átomos la interacción, y por tanto la atracción, son más débiles. Una palanca ultrasensible, permite medir la fuerza de atracción existente.
Quién inventó el microscopio de fuerza atómica
El microscopio de fuerza atómica, fue inventado en 1985, por el alemán Gerd Binnig y H. Rohrer, Christoph Gerber y el americano Calvin Quate, del laboratorio de IBM en Zúrich.
El microscopio de fuerza atómica, presenta la ventaja respecto al anterior (efecto túnel) de que puede dar cuenta del estado de superficies no conductoras, como la de ciertos catalizadores. Es capaz de medir y manipular materia a nanoescalas. Ambos microscopios, abren el camino para intervenciones industriales que podrían limitarse ya a un pequeño número de átomos, incluso a un solo átomo.
Microscopio de positrones
Es una variante del microscopio de electrones que se fundamenta en el hecho de que los positrones, partículas simétricas de estos últimos y por lo tanto positivas, reaccionan con la materia de una forma diferente a los electrones. Proporcionan, en consecuencia, una imagen del material estudiado diferente y complementaria de la obtenida con el microscopio electrónico.
Quién inventó el microscopio de positrones
El microscopio de positrones, fue inventado en 1987, por James C. Van House y Arthur Rich, de la universidad de Michigan. Utiliza los positrones producidos por isótopos como el sodio 22. Sus inventores desarrollaron posteriormente el microscopio de reemisión de positrones, que utiliza el efecto de absorción y de reemisión de una fracción de estas partículas.
Historia del microscopio resumen
Si lo que necesitas es conocer una breve historia del microscopio resumida, seguidamente te la exponemos en forma de cronología. Así, no te perderás ningún hito histórico o acontecimiento importante de este invento:
- Año 1590: se cree que en Holanda, los fabricantes Zacharias Janssen y su padre Hans Lippershey inventan el microscopio. A él se le atribuye ser el descubridor del microscopio.
- Año 1609: Galileo Galilei inventa un microscopio compuesto de una lente cóncava y una lente convexa.
- Año 1612: Galileo presenta su invento al rey de Polonia.
- Año 1619: Cornelius Drebbel, que había trabajado como alquimista jefe en la corte de Praga de Rodolfo II, y ahora trabajaba para la British Royal Navy, presenta en Londres un microscopio formado por dos lentes convexas.
- Año 1624: Galileo presenta su invento en la Academia de los Linces de Roma, la academia de las ciencias del gobierno italiano, ante su fundador, el príncipe Federico Cesi.
- Año 1625: publicación de la primera investigación hecha con la ayuda de un microscopio, el Apiarum, de Francesco Stelluti, que contiene dibujos de abejas observadas a través del microscopio y muestra la estructura alveolar del ojo.
- Año 1626: la palabra microscopio es acuñada por Giovanni Faber de Bamberg, miembro de la Academia de los Linces, por analogía con telescopio.
- Años 1634-1680: a raíz de sus observaciones a través del microscopio, Athanasius Kircher, postula la acción de organismos invisibles en el desencadenamiento de las enfermedades y de la putrefacción.
- Año 1655: observación de estructuras de tamaño ínfimo a través del microscopio, por Giovanni Alfonso Borelli. Se trata de las «células», descubiertas por Robert Hooke diez años más tarde.
- Año 1660: descubrimiento de los vasos capilares por Marcello Malpighi, gracias a lo cual puede mostrar cómo las arterias y las venas se juntan, y completar la teoría de la circulación de la sangre de William Harvey
- Año 1665: publicación de la Micrographia, de Robert Hooke, que entrega una descripción precisa del microscopio compuesto, introduce el principio de iluminación del campo de sombra, y anuncia el descubrimiento de estructuras alveolares en secciones de corcho, que denomina “células”.
- Años 1669-1675: invención de las técnicas de anatomía fina por Jan Swammerdam, que le permiten observar a través del microscopio la anatomía y la metamorfosis de los insectos.
- Años 1672-1682: estudio a través del microscopio de numerosas plantas, y en especial, de sus órganos reproductores, por Nehemiah Grew.
- Años 1672-1723: periodo de actividad de Antonie van Leeuwenhoek, quien inventa el microscopio simple de propia fabricación, que sólo utiliza una lente para observar el objeto. Descubre y estudia los protozoos en 1674, introduce los primeros métodos de cultivo de microorganismos para sus observaciones a través del microscopio. Explica, en 1677, la función de los espermatozoides; descubre las bacterias en 1683. Finalmente, observa la circulación de los glóbulos sanguíneos en los capilares y demuestra experimentalmente la exactitud de la teoría de Harvey.
- Año 1933: Ernst Ruska y Max Knoll inventan el microscopio electrónico, que utiliza electrones en lugar de luz visible (fotones) para obtener imágenes de objetos pequeñísimos. Es capaz de lograr hasta 000 aumentos, cuando en uno formado por lentes no se va más allá de los mil aumentos.
- Año 1982: primer microscopio de efecto túnel inventado por los alemanes Gerd Binning y Heinrich Rohrer.
- Año 1985: primer microscopio de fuerza atómica inventado por Gerd Binnig y H. Rohrer, Christoph Gerber y Calvin
- Año 1987: primer microscopio de positrones inventado por James C. Van House y Arthur Rich.
Origen del microscopio
Desde que el hombre aprende a tallar y ensamblar lentes de vidrio para escudriñar lo infinitamente lejano con un telescopio, intenta hacer lo mismo para observar lo infinitamente pequeño. De ahí el origen del microscopio.
Esta posibilidad es considerada en una época similar por Galileo Galilei y por Zacharias Jansen, un fabricante de anteojos de Middelburgo. Este último fabrica un microscopio compuesto, es decir, un ensamblaje de dos lentes convexos que desempeñan el rol de objetivo de aumento y de visor, respectivamente, y que monta en las extremidades de un tubo.
Este microscopio es descrito por primera vez por William Boreel, un nativo de Middelburgo que llegó a ser embajador de Francia en Holanda con ocasión de una investigación que realiza, en 1655, para determinar la identidad del inventor del anteojo astronómico. Boreel le da la razón a Hans Lippershey, pero ha visto varios años antes el microscopio de Jansen, y señala:
“Cuando estaba en misión en Inglaterra, en 1619, Cornehus Drebbel, de Holanda, un conocido mío, enterado de numerosos secretos de la Naturaleza y profesor de matemáticas de Francisco I (rey de Inglaterra), me mostró el instrumento mismo que el archiduque le había dado, es decir, el del propio Zacharias (Jansen); no estaba compuesto (como ahora) por un tubo corto, sino por un tubo que medía prácticamente un pie y medio de largo; era de cobre dorado de dos pulgadas de diámetro y era sostenido por tres delfines de cobre. La base estaba constituida por un disco de ébano, sobre el cual se ponían objetos minúsculos que se miraban desde arriba, y que se veían casi milagrosamente aumentados”.
Un nuevo mundo visible
El microscopio revoluciona la biología, de la misma forma que el telescopio trastocó la astronomía. El científico inglés Robert Hooke es consciente de ello cuando escribe, en 1665; ”Un nuevo mundo visible acaba de ser descubierto”.
Sin embargo, los microscopios utilizados hasta el siglo XIX, siguen siendo muy primitivos en su concepción. Un gran biólogo de fines del siglo XVII, Antonie van Leeuwenhoek, trabaja con un microscopio simple, es decir, con un instrumento compuesto por un solo lente de forma convexa, lo que lo asemeja a una simple lupa. Y eso que Van Leeuwenhoek domina el arte del tallado y sus “lupas” permiten aumentos del orden de 50 a 270 veces.
La iluminación del campo de sombra
Robert Hooke, aporta un primer perfeccionamiento al microscopio recomendando, en su Micrographia de 1665, el uso de la iluminación lateral delante del fondo oscuro del instrumento, que se denomina hoy en día “iluminación del campo de sombra” o campo oscuro.
Entrega la primera descripción precisa del microscopio compuesto y de su uso, que sirve de manual a los investigadores de la época. No hay que olvidar, que aparte de los fabricantes de anteojos, no existe una industria óptica en el siglo XVII, y cada científico fabrica sus propios instrumentos, llegando incluso a tallar sus propios lentes.
El desarrollo de la microscopia óptica data del siglo XIX, después de que, en 1758, el inglés John Dollond consiguiera corregir la aberración cromática de los lentes (tendencia a dispersar la luz).
Los primeros lentes acromáticos son utilizados en los telescopios. Luego, en 1827, Giovanni Battista Amici los adapta al microscopio. Este perfeccionamiento permite el auge de la biología. Particularmente la fundación de la citología por Schleiden y Schwann, las investigaciones de Virchow sobre la patología celular, y los estudios bacteriológicos de Louis Pasteur.
La microtransparencia
Ésta es seguida, en 1870, por la invención del lente de inmersión, que permite aumentos muy grandes. Paralelamente, la invención del micrótomo (para la preparación de los tejidos) y el desarrollo de fijadores biológicos y de colorantes nuevos contribuyen al ascenso de la microscopia óptica. Culmina en 1941 con la invención del microscopio de contraste de fase por el físico holandés Fritz Zernike. Éste permite el estudio de objetos transparentes, sin el uso de colorante.
Más información sobre la historia del microscopio
En el siguiente audio, tienes más datos acerca del origen del microscopio:
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Fuentes y bibliografía
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– AUTOR: CURIOSFERA-HISTORIA.COM
– FECHA DE PUBLICACIÓN: FEBRERO DE 2020