Microscopio Electrónico

¿Por qué no se puede ver un virus con un microscopio óptico? o un átomo? Nuestra visión normal representa los objetos cuando las longitudes de onda de la luz visible son reflejadas o emitidas por los objetos, y nuestros ojos pueden enfocar esas ondas para formar una imagen en nuestras retinas. La capacidad de ver objetos ordinarios está relacionada con el hecho de que las longitudes de onda de la luz visible son mucho más pequeñas que el tamaño de estos objetos. La resolución de cualquier proceso de imagen usando ondas está limitada por la difracción de esas ondas y generalmente se caracteriza por el criterio de Rayleigh. La difracción de un punto en un objeto producirá un patrón de intensidad de luz de ancho finito, y si un punto cercano produce su primer mínimo de intensidad en ese punto, estará en el umbral de resolubilidad por el criterio de Rayleigh. El ancho aumenta con la longitud de onda, y la implicación neta de la superposición de estos patrones de difracción es que no podrá resolver ningún detalle más pequeño que la longitud de onda de la utilizada para representarlo.

El rango de longitud de onda de la luz visible es de aproximadamente 400-700 nm, por lo que prácticamente no se puede obtener una imagen de nada menor que 400 nm con luz visible. Puede pasar al ultravioleta, con un rango de longitud de onda de 400 nm a 10 nm, pero al hacerlo, se ha movido al rango de radiación ionizante con efectos dañinos. Por lo tanto, no es práctico bajar al tamaño de un virus, que puede tener un tamaño del orden de 10 a 100 nm.

La introducción anterior tiene por objeto justificar el cambio a algo que no sea luz u otras ondas electromagnéticas para el proceso de formación de imágenes. Esto nos lleva al mundo cuántico de la dualidad onda-partícula. Pasar a los electrones para el proceso de obtención de imágenes depende del hecho de que los electrones tienen propiedades de onda y propiedades de partículas. La posible resolución de las imágenes con electrones es del orden de la longitud de onda de deBroglie del electrón, que puede calcularse a partir de su energía. Acelerar un electrón por 100 voltios le da una longitud de onda deBroglie de 0,12 nm, dando suficiente resolución para proporcionar detalles sobre un virus de 20nm.

Los microscopios electrónicos de investigación actuales pueden usar un voltaje de aceleración de aproximadamente 100.000 voltios. Para un electrón, esto proporciona una longitud de onda deBroglie de 0,0037 nm, que es aproximadamente un factor de 100.000 veces la resolución potencial de un microscopio óptico.