Microscopio electrónico de barrido para niños
El microscopio electrónico de barrido (conocido como MEB o SEM por sus siglas en inglés) es un tipo especial de microscopio electrónico. Su función principal es crear imágenes muy detalladas de la superficie de diferentes materiales. A diferencia de los microscopios ópticos que usan luz, el MEB utiliza un haz de electrones para formar estas imágenes.
Este invento se basa en trabajos anteriores de Max Knoll en los años 1930. Fue Manfred von Ardenne quien logró crear el primer MEB en 1937. Su idea era que un haz de electrones "barriera" la superficie de una muestra. Cuando los electrones chocan con la muestra, esta libera otras partículas. Unos sensores especiales recogen estas partículas y, con esa información, se puede reconstruir una imagen tridimensional de la superficie.
En la década de 1960, los estudios en la Universidad de Cambridge, dirigidos por Charles William Oatley, ayudaron mucho a mejorar el MEB. Gracias a esto, en 1965, la empresa Cambridge Instrument Co. lanzó al mercado los primeros microscopios de barrido. Hoy en día, el MEB se usa en muchos campos, desde la biología hasta la ciencia de los materiales y la arqueología. Los microscopios modernos pueden ver detalles muy pequeños, de entre 0,4 y 20 nanómetros.
Contenido
¿Qué es un Microscopio Electrónico de Barrido?
Los MEB tienen una gran capacidad para enfocar una parte amplia de la muestra al mismo tiempo, lo que se llama "profundidad de campo". También producen imágenes con mucha alta resolución, permitiendo ver las características más diminutas de una muestra con gran aumento.
Preparación de muestras para el MEB
Preparar las muestras para el MEB es bastante sencillo. La mayoría de los MEB solo necesitan que la muestra sea conductora de electricidad. Si la muestra no lo es, se le aplica una capa muy fina de carbono o de un metal como el oro. Esto le da la capacidad de conducir electricidad. Después, un haz de electrones acelerados recorre la superficie. Un detector especial, que usa electroimanes, mide la cantidad y la fuerza de los electrones que la muestra devuelve. Así, se pueden crear imágenes en tres dimensiones usando imagen digital.
Historia del Microscopio Electrónico
Para entender el MEB, es útil conocer cómo evolucionaron los microscopios.
Los primeros microscopios y sus límites
Los primeros instrumentos para ver cosas muy pequeñas fueron los microscopios ópticos. Estos fueron mejorando, desde una simple lupa hasta el microscopio compuesto. Sin embargo, incluso los mejores microscopios ópticos tienen un límite en lo que pueden ver. Este límite está relacionado con la longitud de onda de la luz que usan. Por ejemplo, la luz violeta, que es la que tiene la longitud de onda más corta que podemos ver, mide unos 400 nanómetros. Esto significa que no se pueden ver detalles más pequeños que esa distancia. En cuanto a la capacidad de aumentar el tamaño, los microscopios ópticos no pueden amplificar más de 1000 veces.
Para superar este límite, se pensó en usar otro tipo de radiación con una longitud de onda más corta. Los rayos X eran una opción, ya que su longitud de onda es de aproximadamente 0,15 nanómetros. Pero tenían un gran problema: las lentes de vidrio los absorbían rápidamente y no podían ser desviados por lentes magnéticas.
La invención del MEB
Otra idea fue aprovechar que los electrones acelerados se comportan como ondas. Por ejemplo, los electrones acelerados con 100.000 voltios tienen un comportamiento ondulatorio con una longitud de onda de 0,0037 nanómetros (3,7 picómetros). En teoría, esto permitiría ver detalles muy, muy pequeños, incluso a nivel atómico. Sin embargo, en la práctica, algunos problemas en la técnica o en la fabricación de las piezas pueden causar "aberraciones" o distorsiones en la imagen.
En 1928, Manfred von Ardenne fundó su propio laboratorio de investigación en Berlín. Allí se dedicó a investigar la tecnología de radio y televisión y la microscopía electrónica. Fue en este laboratorio donde inventó el microscopio electrónico de barrido.
¿Cómo funciona un MEB?
Para que el microscopio electrónico de barrido funcione, los electrones deben ser acelerados en un campo eléctrico. Esto ocurre dentro de una parte del microscopio llamada "columna", donde se les aplica una diferencia de potencial que puede ir desde 50 hasta 30.000 voltios.
El haz de electrones y la muestra
Los voltajes bajos se usan para muestras muy delicadas, como las biológicas que no necesitan mucha preparación, o para materiales que no conducen bien la electricidad. Los voltajes altos se usan para muestras de metal, ya que estas no se dañan fácilmente y permiten una mejor resolución al usar una longitud de onda más corta.
Los electrones acelerados salen de un "cañón" y son enfocados por unas lentes especiales. Estas lentes hacen que el haz de electrones sea lo más pequeño posible cuando llega a la muestra, lo que ayuda a obtener una imagen más nítida. Unas bobinas especiales mueven este haz fino de electrones sobre la muestra, punto por punto y línea por línea.
Cuando el haz de electrones choca con la muestra, ocurren muchas interacciones. Por ejemplo, algunos electrones pueden rebotar, como si fueran bolas de billar. Otros electrones de la muestra pueden salir disparados (electrones secundarios) debido a la energía que pierden los electrones del haz. También se pueden producir rayos X o electrones Auger. El tipo de señal más común que se detecta son los electrones secundarios, y con ellos se crean la mayoría de las imágenes de los microscopios de barrido.
Además, se pueden detectar los rayos X que se producen en la muestra. Analizando estos rayos X con una técnica llamada espectrografía, podemos saber de qué elementos está hecha la muestra.
¿Para qué se usa el MEB?
Los MEB se usan mucho en la biología celular. Aunque no pueden aumentar tanto como el microscopio electrónico de transmisión, son excelentes para ver texturas y objetos en tres dimensiones. Para esto, la muestra se cubre con una capa de metal antes de observarla. Por esta razón, solo se pueden observar organismos que no estén vivos y solo se puede ver su superficie externa. Los microscopios electrónicos solo producen imágenes en blanco y negro porque no usan luz visible.
Este instrumento permite observar y estudiar la superficie de materiales tanto inorgánicos como orgánicos, dando información sobre su forma y estructura. Genera diferentes tipos de señales desde la muestra que se usan para examinar muchas de sus características. Con el MEB se pueden ver los detalles de zonas microscópicas de diversos materiales, y también procesar y analizar las imágenes obtenidas.
Observando en 3D con el MEB
Los microscopios electrónicos de barrido (SEM) no crean imágenes en 3D de forma automática, a diferencia de los microscopio de sonda de barrido. Sin embargo, se pueden obtener datos en 3D usando un SEM con diferentes métodos, como:
- Fotogrametría: Se toman 2 o 3 imágenes de la muestra inclinada.
- Estereofotometría (también llamada "la forma con sombreado"): Se usan 4 imágenes.
- Reconstrucción inversa: Se utilizan modelos interactivos de electrones del material.
Estas técnicas permiten medir la rugosidad de una superficie, la dimensión fractal, la corrosión y la altura de los escalones en un material.
A principios de los años 2000, se introdujo una tecnología que permite mover el haz de electrones unos pocos grados a la izquierda y luego a la derecha del eje principal. Al capturar estas dos imágenes y superponerlas, coloreando una de azul y otra de rojo, se crea una verdadera imagen en tercera dimensión (3D). Esto significa que es posible realizar mediciones en los tres ejes: X, Y y Z.
- SBF-SEM (Serial block-face Scanning Electron Microscopy): Con esta técnica, se pueden obtener muchas imágenes en serie de una muestra. Un programa de computadora automatiza la recopilación de mil o más imágenes, cubriendo una profundidad de 50 a 100 micrómetros (μm). Esto permite reconstruir la ultraestructura tridimensional (3D) de alta calidad.
Galería de imágenes
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Diagrama de un MEB equipado con un detector de rayos X "EDS" (de dispersión de energía).
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Superficie de una cabeza de hormiga, vista con un microscopio electrónico de barrido.
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Microfotografía y esquema de SBF-SEM.
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Microfotografía de serie de cortes para SBF-SEM.
Véase también
En inglés: Scanning electron microscope Facts for Kids
- Focused Ion Beam
- Anton Van Leeuwenhoek
- Microscopio electrónico
- Microscopio electrónico de transmisión
- Tipos de microscopios electrónicos
