¿Cuál es la resolución máxima de un microscopio? ¿Puedo ver fotos digitales en internet? Truco de Vida y Tiempo Feliz Lifehacker

Gran pregunta

Primero, seamos claros sobre lo que significa “resolución”. La resolución, en este sentido, es una medida de cuán capaz eres de discriminar entre dos puntos en una imagen. A medida que los dos puntos se acercan, comenzamos a verlos como un punto (por ejemplo, vea a continuación):

La resolución (también conocida como el poder de resolución) de un microscopio es la distancia más pequeña a la que puede distinguir dos puntos como entidades separadas.

Entonces, la respuesta a tu pregunta es: ¡depende del tipo de microscopio que estés usando! Los diferentes ámbitos tendrán diferentes resoluciones. Pero esa no es una respuesta útil por sí misma, ¡veamos algunos ejemplos!

El ojo humano :

¡Este es uno de mis ámbitos favoritos, y su amplia disponibilidad lo hace práctico para muchos propósitos cotidianos! Entonces, ¿cuál es el poder de resolución del ojo?

La Fundación Nobel (de fama del Premio Nobel) tiene un sitio web educativo con un gráfico que muestra el poder de resolución de diferentes ámbitos. Enumera la resolución del ojo hasta 0,1 mm. Esto suena bien para mí. Si observa una regla con un lado métrico, generalmente cada mm está marcado. Probablemente pueda distinguir fácilmente las marcas milimétricas entre sí, pero imagine que cada milímetro se divide en 10 unidades. ¿Podrías ver la diferencia entre cada uno de esos? No creo que pueda.

Microscopio de luz (microscopio óptico)

Esto es probablemente lo que piensas cuando alguien dice “microscopio”. Funciona pasando luz a través de un espécimen y a través de unas lentes de aumento en su ojo. Hay varias maneras de hacer que sea más fácil ver su espécimen; algunos son trucos ópticos inteligentes (p. ej., contraste de fase o DIC), muchos simplemente incluyen la adición de varios tintes para colorear la muestra (p. ej., la famosa Tinción de Gram o la Tinte de Ácido-Rápido también común). Mientras que, teóricamente, podría conectar un montón de lentes de aumento y obtener un aumento funcionalmente infinito, esto no necesariamente aumentaría su resolución (para un ejemplo de cómo estos dos son diferentes, tome una fotografía en su computadora y amplíela). En cierto punto, se pixela todo y no se ven detalles finos. Esto se debe a que, independientemente de su aumento, solo tiene una resolución finita). En este caso, no importa cuánto amplíe su muestra, su resolución está limitada por la longitud de onda de la luz visible. Así es, cuando se utiliza luz visible a través de un microscopio de luz, el límite de resolución es de aproximadamente 0.2μm. Es decir, no podrá diferenciar dos objetos separados por menos de 0.2μm.

Entonces, ¿qué puedes ver con eso? Bueno, bastante como resulta. Su promedio de bacterias comunes es de unos pocos micrómetros de largo, por lo que podrá ver las bacterias, pero perderá gran parte de su detalle fino. Las células eucariotas, como la mía y la tuya, son generalmente un poco más grandes. Aunque el tamaño varía ampliamente, generalmente tendrán un diámetro de aproximadamente 10-50μm. Los virus son generalmente mucho más pequeños, pero podemos decir que en promedio tienen alrededor de 0.03-0.2 μm de ancho. Así que no podemos decir mucho sobre la estructura básica del virus mirando a través de un microscopio de luz.

Algunas imágenes a continuación: la primera muestra una mezcla de bacterias visualizadas por tinción de Gram. Incluso si te acercas con una lente de aumento extra especial, no podrás resolver gran parte de la estructura interna de estas bacterias. La segunda imagen muestra Plasmodium vivax, una de las especies de Plasmodium que puede causar malaria, dentro de los glóbulos rojos (los anillos de color púrpura oscuro son los vivax; las manchas de color púrpura más claro son glóbulos rojos que flotan alegremente a lo largo).

Fuente: Y. Tambe, Wikimedia Commons

Fuente: CDC

Así que sí, los microscopios de luz están hinchados. Pero limitado. Lo que nos lleva a:

Microscopios de fluorescencia !

Ok, si, bien, tienes razón. Este también es un microscopio de luz (¡aunque en realidad no son muy ligeros! ¿Entendido? ¿Ligero? Pero aquí, en lugar de utilizar todo el espectro de luz para iluminar nuestras muestras, podemos usar haces de luz coloreada muy enfocados para visualizar solo aquellas partes de la muestra que albergan fluoróforos, que se pueden colocar en nuestra muestra de varias maneras útiles de las que dispongo. Evitaremos discutir aquí en aras de la brevedad. Si bien esto es súper increíblemente útil, también tiene el beneficio de hacer que la microscopía vuelva a ser sexy (algunos ejemplos a continuación).
Imagen: Células endoteliales de mamíferos con diversas manchas fluorescentes. El azul es el núcleo celular, el rojo y el verde marcan varias proteínas estructurales.

Imagen: ¡Una célula sufre una anafase! Aquí los cromosomas se tiñen de azul, los microtúbulos en verde y los cinetocoros en rojo. Quiero decir, vamos, esto es una microscopía bastante bonita.

La razón por la que menciono la microscopía de fluorescencia (además de la oportunidad de mostrar imágenes bonitas) es que aquí hemos visto algunos métodos muy inteligentes desarrollados que nos permiten romper la barrera y lograr una mejor resolución que antes con la luz. ¿Cómo funcionan estos? Bueno, es un poco complicado (y, de hecho, ¡ganó el Premio Nobel de Química 2014!). La versión corta es que el secreto es hacer que las moléculas fluorescentes se iluminen mientras sus vecinas están oscuras, lo que nos permite identificar dónde está cada molécula fluorescente y luego confiar en algunos métodos computacionales intensivos para que las computadoras reconstruyan la imagen con un detalle increíble. Y cuando digo increíbles detalles, me refiero a increíbles! (ejemplo abajo):

Imagen: (de Lothar Schermelleh, et al.) ¡Mitosis como nunca la habías visto! Aquí los cromosomas se tiñen de azul, los microtúbulos de rojo y otra proteína estructural en verde. ¡Compara esto con la imagen de arriba! ¡Guauu!

Si está buscando más información sobre esto, la página de Wikipedia es un buen lugar para comenzar.

…
Ok, volvamos a los negocios.
Para aquellos de nosotros, simples muggles que no somos lo suficientemente inteligentes como para usar trucos astutos para romper la barrera de resolución de la longitud de onda de la luz, quizás haya una opción (conceptualmente) más simple: necesitamos algo con una longitud de onda más corta. Afortunadamente, tenemos la cosa!

Microscopía Electrónica De Transmisión (TEM)
¡Está bien! La luz era demasiado grande para mirar las cosas que queremos ver. Así que aquí está el truco. En lugar de usar la luz vieja y anticuada para obtener imágenes de nuestros especímenes, ¡podemos dispararles un haz de electrones! Ahora, por supuesto, ya no podemos usar un tinte brillante para visualizar nuestro espécimen, en lugar de eso necesitaremos metales pesados, que dispersan más electrones, haciéndolos aparecer diferentes bajo el haz de electrones. Ahora, en lo que respecta a la resolución, se trata de las abejas-rodillas, los gatos-pijamas. Aquí podemos obtener una resolución unas 1000 veces mejor que con nuestro microscopio de luz, lo que permite la resolución de objetos más pequeños que 1 nm. Esto es bastante ingenioso y nos permite obtener información estructural sobre cosas que realmente no pudimos visualizar antes:

Imagen: (Fuente: CDC) Esto puede no parecer súper emocionante, pero es un virus de polio (solo 30 nm) que solía paralizar literalmente a cientos de miles de personas. Al usar imágenes como esta, podemos averiguar cómo es la estructura del virus.

Imagen: Aquí vemos bacteriófagos que se adhieren a una membrana celular bacteriana. Bastante bien, ¿verdad?

Una nota lateral rápida sobre el color: recuerde que estas imágenes se obtuvieron al detectar los electrones que pasaron a través de una muestra. Los puntos de luz son lugares donde muchos electrones pasaron a través de la muestra; Las manchas oscuras son lugares donde pasan menos electrones a través de la muestra. Por este motivo, las micrografías electrónicas están siempre en blanco y negro. Para algunas personas, esto los hace no lo suficientemente interesantes, y por esta razón, en la prensa popular, la gente a menudo agrega color a la imagen en Photoshop o algún programa similar. Por ejemplo, tal vez reconozca esta imagen de ebolavirus:

Casi todos los artículos de noticias sobre el ébola durante el brote de ébola de 2014-15 llevaron esta imagen del CDC:

Ahora, por supuesto, esta es la imagen original:
y luego alguien entró y lo pintó de azul porque aparentemente a la gente no le interesan las fotos en blanco y negro. Para mí, esto siempre ha sido un hábito desalentador. Entiendo que muchos no entienden por qué estas imágenes serían en blanco y negro, pero ahora que saben un poco sobre ellas, espero que vean que estas son realmente hermosas y finamente representadas representaciones del mundo en una Escala que casi no podemos imaginar! ¡No necesitan colores falsos para ser interesantes! Así que la próxima vez que veas un poco de colorante falso de una micrografía electrónica, hazme un favor y mira la pantalla de tu computadora y di (o mejor aún, grita) “Micrografía electrónica, no necesitas ningún color falso para hacer Me alegro. Eres hermosa en tu original gloria en escala de grises “. Y nunca lo olvides.

Microscopio electrónico de barrido (¡el último, lo prometo!)

En este punto, esta respuesta está empezando a ser demasiado larga. Lamento eso. Pero quería dejarte con lo que, en mi opinión, son las imágenes más maravillosas de todas. La idea aquí es muy similar a la del microscopio electrónico de transmisión anterior, excepto que en lugar de usar un solo haz de electrones que pasa a través de la muestra, la muestra se reviste con un metal pesado y luego se escanea un haz de electrones a través de la superficie de la muestra, y luego los electrones dispersos, son recogidos por el detector y utilizados para formar una imagen de la superficie de la muestra. Las imágenes que obtienes de esto, son realmente increíbles:

Aquí hay algunos Vibrio cholerae, agente causante del cólera.

¡Aquí hay una colección de células sanguíneas humanas! Esos glóbulos con aspecto de dona son glóbulos rojos. Los otros son varios glóbulos blancos. ¿No es asombroso? ¡Es como si estuvieras en el autobús escolar mágico (temporada 1; episodio 3)!

Ok, esta es una serie de imágenes que se aumentan irremisiblemente en algún objeto. ¿Puedes decir cuál es el objeto? Adivina…
… es un copo de nieve! Increíble, ¿verdad? ¡Qué resolución! ¡Qué aumento!

De todos modos, lo siento por escribir una respuesta tan grande. La pregunta original era cuál es la resolución máxima de un microscopio. La respuesta es que depende de su microscopio, pero dependiendo de cuánto esté dispuesto a gastar, puede resolver detalles muy finos en sus muestras de interés. Sé que me he dejado mucho, pero espero que esto haya ayudado a responder tu pregunta hasta cierto punto.