El tipo habitual de microscopio que puede encontrar en un aula o laboratorio de ciencias es un microscopio óptico. Un microscopio óptico utiliza luz para ampliar una imagen hasta 2000x (generalmente mucho menos) y tiene una resolución de aproximadamente 200 nanómetros. Un microscopio electrónico, por otro lado, usa un haz de electrones en lugar de luz para formar la imagen. La ampliación de un microscopio electrónico puede ser tan alta como 10,000,000x, con una resolución de 50 picómetros (0.05 nanómetros).
Las ventajas de usar un microscopio electrónico sobre un microscopio óptico son un aumento mucho mayor y un poder de resolución. Las desventajas incluyen el costo y el tamaño del equipo, el requisito de capacitación especial para preparar muestras para microscopía y usar el microscopio, y la necesidad de ver las muestras en un aspirador (aunque se pueden usar algunas muestras hidratadas).
La forma más fácil de entender cómo funciona un microscopio electrónico es compararlo con un microscopio óptico ordinario. En un microscopio óptico, mira a través de un ocular y una lente para ver una imagen ampliada de una muestra. La configuración del microscopio óptico consta de una muestra, lentes, una fuente de luz y una imagen que puede ver.
En un microscopio electrónico, un haz de electrones toma el lugar del haz de luz. La muestra debe estar especialmente preparada para que los electrones puedan interactuar con ella. El aire dentro de la cámara de muestras se bombea para formar un vacío porque los electrones no viajan lejos en un gas. En lugar de lentes, las bobinas electromagnéticas enfocan el haz de electrones. Los electroimanes doblan el haz de electrones de la misma manera que las lentes doblan la luz. La imagen es producida por electrones, por lo tanto, se ve al tomar una fotografía (una micrografía electrónica) o al ver la muestra a través de un monitor.
Existen tres tipos principales de microscopía electrónica, que difieren según la forma en que se forma la imagen, cómo se prepara la muestra y la resolución de la imagen. Estos son la microscopía electrónica de transmisión (TEM), la microscopía electrónica de barrido (SEM) y la microscopía de túnel de barrido (STM).
Los primeros microscopios electrónicos que se inventaron fueron los microscopios electrónicos de transmisión. En TEM, un haz de electrones de alto voltaje se transmite parcialmente a través de una muestra muy delgada para formar una imagen en una placa fotográfica, sensor o pantalla fluorescente. La imagen que se forma es bidimensional y en blanco y negro, algo así como un radiografía. La ventaja de la técnica es que es capaz de un aumento y una resolución muy altos (aproximadamente un orden de magnitud mejor que SEM). La desventaja clave es que funciona mejor con muestras muy delgadas.
En la microscopía electrónica de barrido, el haz de electrones se escanea a través de la superficie de una muestra en un patrón de trama. La imagen está formada por electrones secundarios emitidos desde la superficie cuando son excitados por el haz de electrones. El detector mapea las señales electrónicas, formando una imagen que muestra la profundidad de campo además de la estructura de la superficie. Si bien la resolución es inferior a la de TEM, SEM ofrece dos grandes ventajas. Primero, forma una imagen tridimensional de un espécimen. En segundo lugar, se puede usar en muestras más gruesas, ya que solo se escanea la superficie.
Tanto en TEM como en SEM, es importante darse cuenta de que la imagen no es necesariamente una representación precisa de la muestra. La muestra puede experimentar cambios debido a su preparación para el microscopio, por exposición al vacío, o por exposición al haz de electrones.
Un microscopio de túnel de barrido (STM) imágenes de superficies a nivel atómico. Es el único tipo de microscopía electrónica que puede obtener imágenes individuales. átomos. Su resolución es de aproximadamente 0.1 nanómetros, con una profundidad de aproximadamente 0.01 nanómetros. El STM puede usarse no solo en el vacío, sino también en el aire, el agua y otros gases y líquidos. Se puede usar en un amplio rango de temperatura, desde casi cero absoluto hasta más de 1000 grados C.
STM se basa en la tunelización cuántica. Se acerca una punta conductora eléctrica cerca de la superficie de la muestra. Cuando se aplica una diferencia de voltaje, los electrones pueden formarse un túnel entre la punta y la muestra. El cambio en la corriente de la punta se mide a medida que se escanea a través de la muestra para formar una imagen. A diferencia de otros tipos de microscopía electrónica, el instrumento es asequible y fácil de fabricar. Sin embargo, STM requiere muestras extremadamente limpias y puede ser complicado hacer que funcione.