A principios de los años noventa, una persona llamada Charles Smithart fue condenada por el asesinato de una niña pequeña en un pequeño pueblo de Alaska. Se sospechó de el después de que varios testigos afirmaran haberle visto en la escena del crimen, pero no había evidencias directas que lo relacionaran con la muerte de la pequeña.
Aquí es donde el microscopio electrónico de barrido entró en escena. Usando el detector de rayos X de un espectroscopio en un microscopio electrónico de barrido, un científico forense analizó minúsculos trozos de hierro que se encontraron en la escena del crimen. Encontró que tenían una forma globular que solo ciertos procedimiento metalúrgicos de unir materiales podían producir.
Resultó que Smithart tenía un taller con un equipo de soldadura donde a veces reparaba bicicletas para los jóvenes de la zona. Gracias a la increíble capacidad de este microscopio electrónico, se pudo encontrar la evidencia para enlazar el crimen con Smithart.
¿Por qué en lugar de un microscopio de luz u óptico de uso corriente, se necesitó uno de estos microscopios electrónicos para descubrir al criminal? Una de las razones es que un microscopio electrónico de barrido (llamado SEM para acortar) puede aumentar objetos 300.000 veces su tamaño cuando el objeto es estudiado. Los científicos hacen referencia a este número como la potencia de magnificación.
En contraste, los microscopios ópticos tienden a tener una potencia de magnificación de “solo” unas cuantos cientos de veces. Los SEM tienen también un impactante campo de profundidad comparado con los microscopios tradicionales, dando unas imágenes casi en tres dimensiones para su análisis.
Por último, estos avanzados microscopios pueden ver pasada la superficie del objeto, dando a los investigadores información sobre su composición. Todos estos atributos fueron esenciales para examinar evidencias del caso criminal comentado.
Por supuesto, los microscopios electrónicos de barrido tienen algunos inconvenientes, como por ejemplo el precio. Incluso el más barato entre todos puede costar miles y miles de euros. Son además instrumentos complejos y voluminosos, requiriendo un alto nivel de conocimientos para poder manejarlo.
Como resultado de esto, su uso es normalmente limitado a aplicaciones industriales y de investigación, aunque algunas recientes mejoras han hecho estos dispositivos más accesibles a otras aplicaciones. ¿Cómo pueden producir estos microscopios unas imágenes tan detalladas y precisas? Todo esto se explicará más adelante, pero ahora es mejor empezar por saber como fueron sus orígenes tecnológicos.
El desarrollo de los microscopios electrónicos de barrido empezaron de un modo modesto en lugar de con una gran expectación. Cuando la tecnología primero apareció en los años treinta, un grupo de profesionales en valorar productos de mercado fueron contratados para evaluar el potencial de este nuevo sistema en los mercados generales.
Después de encuestar a la comunidad científica, los profesionales contratados no eran muy optimistas. Estimaron que se podrían necesitar unos diez de estos instrumentos en todo el mundo. Lo cierto es que se subestimó el potencial real de los SEM, y afortunadamente fallaron al calcular el valor real de estos dispositivos. Como resultado, unos 50 mil microscopios electrónicos de barrido se emplazaron en laboratorios y empresas de todo el mundo.
Los científicos habían exprimido los microscopios ópticos hasta sus límites, los cuales habían estado disponibles durante muchos años. Aunque los puedes seguir encontrando en clases de colegios y universidades por todo el mundo, su dependencia de la luz se había convertido en un problema.
La tendencia de la luz para difractarse, o doblarse en los bordes de las lentes ópticas, limita la capacidad de magnificar y la resolución. Como resultado, los científicos empezaron a desarrollar nuevas maneras de examinar estos dispositivos, por lo que en los años treinta los pareció el primero microscopio electrónico de transmisión.
Este instrumento direccionaba un rayo de electrones a través del objeto siendo estudiado, y luego lo proyectaba la imagen resultante en una pantalla fluorescente. Como te puedes imaginar, comparten varias cosas en común con los SEM, y solo era cuestión de unos pocos años el que aparecieran estos últimos.
Partes del microscopio de barrido
Ahora estamos preparados para echar un vistazo a los varios componentes de uno de estos microscopios y como trabajan juntos para formar una imagen. Mientras que las variaciones de un modelo a otro son muchas, todos los microscopios electrónicos de barrido comparten las mismas partes básicas.
Uno de ellos es la pistola electrónica. El nombre nos puede parecer un arma sacado de una película de ciencia ficción, pero no es así. En realidad produce el rayo de electrones necesario para que el dispositivo pueda operar. Las pistolas termoiónicas, que son el tipo más común, aplican energía térmica a un filamento a electrones que están alejados de la pistola y hacia el objeto que se está examinando.
Por otro lado, las pistolas de campo de emisión crean un potente campo eléctrico para alejar los electrones de los átomos con los que están asociados. Las pistolas de electrones están localizadas en la parte superior o inferior de microscopio, y lanzan un rayo de electrones al objeto que se está examinando. Sin embargo, estos electrones no van naturalmente a donde tienen que ir, lo cual nos lleva al siguiente componente en la lista.
Al igual que los microscopios ópticos, los microscopios electrónicos de barrido usan lentes para producir imágenes claras y detalladas. Sin embargo, las lentes en estos dispositivos funcionan de una forma diferente.
Por un lado, no están hechos de vidrio sino de imanes capaces de doblar la ruta de los electrones. Haciéndolo así, las lentes enfocan y controlan el rayo de electrones, asegurando que los electrones terminen precisamente donde deben. Por otro lado tenemos la cámara de muestras, que es donde los investigadores ponen el objeto que están examinando.
Al tener que estar el objeto muy quieto para que el microscopio produzca imágenes nítidas, la cámara de muestras debe estar buen aislada contra las vibraciones. De hecho, los microscopios electrónicos de barrido son tan sensibles a las vibraciones que suelen ser instalados en las plantas inferiores de los edificios. Estas cámaras hacen más que simplemente mantener quieto el objeto. También lo manipulan para ponerlo en diferentes ángulos y moviéndolo para poder tomar distintas imágenes.
También tenemos los detectores. Puedes pensar en los varios tipos de detectores de uno de estos microscopios como sus ojos. Estos dispositivos detectan las maneras que el rayo de electrones interactúa con el objeto de muestra. Por ejemplo, algunos tipos de detectores registran electrones secundarios, que son electrones desalojados de la superficie externa del objeto.
Estos detectores son capaces de producir las imágenes más detalladas de la superficie del objeto. Otros detectores, como pueden ser los de rayos X, le pueden decir a los investigadores cosas sobre la composición de una sustancia.
Cámaras al vació son otro componente importante en los microscopios electrónicos de barrido, ya que estos dispositivos necesitan un vacío. Sin este vacío, el rayo generado por la pistola de electrones se encontraría con constantes interferencias por las partículas de aire en la atmósfera.
No solo estas partículas bloquearían el camino del rayo de electrones, sino que también serían expulsadas del aire y lanzadas al objeto de muestra, lo cual distorsionaría su superficie. Como en muchas cosas, un microscopio electrónico es más que una suma de sus partes. Cada una de ellas realiza un trabajo determinado y decisivo para que lo demás vaya bien. De alguna manera, trabajan como algunas máquinas para hacer copias de llaves.
Cuando vas a una ferretería para que te hagan una copia de una llave, una máquina analiza las variaciones de la llave original mientras que corta una réplica exacta en una llave estándar.
La copia no se hace en un momento, sino que debe irse verificando de un extremo a otro. Se puede pensar en el objeto a examinar como la llave original. El trabajo del microscopio es usar un rayo de electrones para tracear el objeto, creando una réplica exacta del objeto original en el monitor.
Por lo tanto, en lugar de mostrar una imagen de una sola dimensión de la llave, el microscopio muestra una imagen en tres dimensiones con todas las características visibles.
