¿Qué es un microscopio electrónico? – Definición, tipos y usos

Microscopio electrónico

Probablemente hayas usado un microscopio en la escuela, tal vez para observar las alas de un insecto o para ver más de cerca una hoja. Si es así, entonces sabe que los microscopios se utilizan en el aula para iluminar la superficie de su tema de estudio. Estos microscopios utilizan lentes de vidrio transparente para ampliar la imagen de lo que esté observando.

Sin embargo, el tamaño de las características más pequeñas que podemos distinguir bajo el microscopio es del orden de la longitud de onda de la luz utilizada. La luz visible, a la que son sensibles nuestros ojos, oscila entre 390 y 700 nanómetros (un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro). Esto significa que no podemos observar cosas que sean más pequeñas que unos pocos cientos de nanómetros usando nuestros ojos y luz visible.

Con el avance de la ciencia y la tecnología, nos dimos cuenta de que hay todo un mundo de cosas que podemos observar y estudiar a pequeña escala. Por ejemplo, el tamaño de los átomos y las moléculas es solo fracciones de nanómetro. Un microscopio electrónico nos permite ver a estas pequeñas escalas.

Los microscopios electrónicos funcionan utilizando un haz de electrones en lugar de luz visible y un detector de electrones en lugar de nuestros ojos. Un haz de electrones nos permite ver a escalas muy pequeñas porque los electrones también pueden comportarse como luz. Tiene las propiedades de una onda con una longitud de onda mucho más pequeña que la luz visible (¡unas cuantas billonésimas de metro!). Con esta longitud de onda podemos distinguir características hasta una fracción de nanómetro. Exploremos los diferentes tipos de microscopios electrónicos, cómo funcionan y algunas de sus aplicaciones.

Tipos de microscopios electrónicos

Microscopio electrónico de barrido (SEM)

En un microscopio electrónico de barrido o SEM , un haz de electrones explora la superficie de una muestra (Figura 1). Los electrones interactúan con el material de una manera que desencadena la emisión de electrones secundarios . Estos electrones secundarios son capturados por un detector, que forma una imagen de la superficie de la muestra. La dirección de la emisión de los electrones secundarios depende de la orientación de las características de la superficie. Allí, la imagen formada reflejará el rasgo característico de la región de la superficie que estuvo expuesta al haz de electrones.

Figura 1. Un microscopio electrónico de barrido enfoca un haz de electrones en la superficie de una muestra. Los electrones secundarios se emiten desde la superficie de la muestra. Se utiliza un detector para formar una imagen a partir de los electrones secundarios.

Microscopio electrónico de transmisión (TEM)

En un microscopio electrónico de transmisión o TEM , un haz de electrones golpea una muestra muy delgada (generalmente no más de 100 nm de espesor). Los electrones se transmiten a través de la muestra (Figura 2). Después de la muestra, los electrones chocan contra una pantalla de fluorescencia que forma una imagen con los electrones que se transmitieron. Puede comprender mejor este proceso imaginando cómo funciona un proyector de películas. En un proyector, tienes una película que tiene la imagen negativa que se proyectará. El proyector proyecta luz blanca sobre el negativo y la luz transmitida forma la imagen contenida en el negativo.

Figura 2. Microscopio electrónico de transmisión. Un haz de electrones se enfoca en una muestra. Los electrones atraviesan la muestra para formar una imagen en una pantalla fluorescente.

Microscopio electrónico de transmisión de barrido (STEM)

Un microscopio electrónico de transmisión de barrido o STEM combina las capacidades de un SEM y un TEM. El haz de electrones se transmite a través de la muestra para crear una imagen (TEM) mientras que también escanea una pequeña región de la muestra (SEM). La capacidad de escanear los haces de electrones permite al usuario analizar la muestra con diversas técnicas, como la espectroscopia de pérdida de energía de electrones (EELS) y la espectroscopia de rayos X de dispersión de energía (EDX), que son herramientas útiles para comprender la naturaleza de los materiales en la muestra. .

Usos del microscopio electrónico

Con microscopios electrónicos podemos observar el mundo a pequeña escala que forma la mayoría de las cosas que nos rodean. Antes del desarrollo del microscopio electrónico, no sabíamos cómo se veían todas estas cosas (forma, tamaño, etc.). Confiábamos en nuestra imaginación para imaginar estos objetos en nuestra mente.

Figura 3. Imágenes SEM. A) La superficie de la antena de una avispa. B) Un copo de nieve. C) Madera. D) Glóbulos (tamaño de 1-6 micrómetros).

Con un SEM podemos observar la morfología rugosa de superficies que parecerían planas a simple vista. La Figura 3 muestra las imágenes SEM de cosas comunes en nuestras vidas. Usando un SEM, podemos saber cómo se ven realmente las cosas a pequeña escala. Las cosas se ven completamente diferentes a esta escala, y saber esto es importante porque las propiedades a gran escala de las cosas están determinadas por sus características a pequeña escala. En la industria de la electrónica, un SEM es fundamental para caracterizar los componentes de los circuitos integrados cuyo tamaño es tan pequeño como unos pocos nanómetros. La Figura 4A muestra la imagen de una colección de transistores (uno de los componentes básicos de un chip de computadora).

Figura 3. A) Imagen SEM de transistores. B) La estructura cristalina de Ti2Se.

Los TEM y STEM nos permiten inspeccionar su estructura cristalina, el tipo de átomos en el material y sus defectos e impurezas (Figura 4B). Debido a que tiene una mejor resolución que un SEM, un TEM puede identificar átomos individuales en un cristal. Con esta información, los científicos e ingenieros pueden ajustar sus procesos de materiales para mejorar o adaptar las propiedades de sus materiales.

En biología, un TEM se puede utilizar para observar la estructura interna de una célula. Aunque la celda tiene que estar fija (no viva), proporciona información importante sobre sus funciones. Finalmente, el TEM se utilizó recientemente para observar directamente la famosa estructura de doble hélice del ADN. Antes de esta observación directa, la estructura del ADN solo se dibujaba como una caricatura en los libros de texto.

Resumen de la lección

Un microscopio electrónico utiliza electrones para observar la estructura y morfología de las cosas a pequeñas escalas (hasta una fracción de nanómetro). Los principales tipos de microscopios electrónicos son el microscopio electrónico de barrido (SEM) , el microscopio electrónico de transmisión (TEM) y el microscopio de transmisión y barrido (STEM) . Los microscopios electrónicos tienen una amplia gama de aplicaciones en ciencia y tecnología.

Principales tipos de microscopios electrónicos

• Microscopio electrónico de barrido : un haz de electrones explora la superficie de una muestra, interactuando con el material de una manera que desencadena la emisión de electrones secundarios, que son capturados por un detector; esto forma una imagen de la superficie de la muestra
• Microscopio electrónico de transmisión : un haz de electrones golpea y atraviesa una muestra muy delgada, luego pasa a una pantalla de fluorescencia que forma una imagen
• Microscopio electrónico de transmisión de barrido : el haz de electrones se transmite a través de la muestra para crear una imagen mientras que también escanea una pequeña región de la muestra.

Los resultados del aprendizaje

Cuando haya terminado, debería poder:

• Explicar en qué se diferencia un microscopio electrónico de los microscopios estándar.
• Describir los tres tipos principales de microscopios electrónicos.
• Discutir los usos de los microscopios electrónicos.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador