El desarrollo de la microscopía óptica o de luz fue evolucionando de manera importante desde su aparición a principios del siglo XVII, y manteniéndose como pilar fundamental del conocimiento de aquello invisible a la vista del ser humano; sin embargo, su límite de resolución de aproximadamente un micrómetro 10-6 m, ya no fue posible mejorarlo debido al factor limitante de la longitud de onda de la luz (450-640 nm).

Fue hasta el año de 1931 cuando se alcanzó a obtener, con la ayuda de otra generación de microscopios, una resolución 1000 veces mayor que la de un microscopio óptico; a ésta generación se le conoce como Microscopía electrónica y fueron los físicos Max Knoll y Ernst Ruska en Alemania, quienes dieron a conocer el Microscopio electrónico de transmisión (TEM, por sus siglas en inglés). Posteriormente, en el año 1938, Manfred von Ardenne construyó el primer Microscopio electrónico de barrido (SEM, por sus siglas en inglés) y comercialmente distribuido hasta 1965 por la compañía británica, Cambrige Instruments.

Fig. 4.- Ruska y Knoll construyendo el primer TEM; TEM de emisión de campo; SEM de bajo vacío moderno. Se muestran tres fotografías, en la primera, Ruska y Knoll construyendo el primer microscopio electrónico de transmisión; en la segunda, un moderno microscopio electrónico de transmisión de emisión de campo; y finalmente un microscopio electrónico de barrido de bajo vacío (Freundlich, 1994).

El desarrollo de la microscopía electrónica permitió, entre otras cosas, alcanzar el nivel de resolución espacial que muchos investigadores de diversas disciplinas demandaba, y fundar una rama de investigación que a pesar de ser relativamente joven, ha avanzado de una manera vertiginosa en la ciencia contemporánea. Esta técnica se ha convertido en una fuente inagotable de información y desarrollo, no solo por la resolución alcanzada, sino también por las capacidades de análisis de las técnicas asociadas a un microscopio electrónico moderno, como son la espectroscopía por dispersión de energía de rayos X (EDS de sus siglas en inglés “Energy Dispersive Spectroscopy”), la espectroscopia por dispersión de longitud de onda (WDS, del inglés “Wavelenght Dispersive Spectroscopy”) y la espectroscopia Auger, entre otras. Por su capacidad de proporcionar información morfológica, topográfica, química, cristalina, eléctrica y magnética de los materiales, la han convertido en herramientas indispensables en el dominio de la física del estado sólido, ciencia de materiales, electrónica, polímeros, metales, textiles, biología, medicina, etc. El futuro de esta técnica es muy prometedor debido a su desarrollo tecnológico en la última década del siglo XX, alcanzando un poder de resolución de hasta 0.1 nm en un TEM y 1.5 nm en un SEM, éste último con la posibilidad de trabajar a presión controlada, útil en la observación de muestras húmedas (Díaz G y Arenas J., 2003).

La diferencia principal entre microscopia electrónica y óptica es el uso de un haz de electrones en lugar de luz para enfocar la muestra, consiguiendo aumentos de hasta dos millones de veces (10⁶ X). Su diseño se basa en dos principios físicos, uno es el de dualidad onda-partícula predicha por Louis de Broglie en 1924, quien dedujo una ecuación (? = h/p; h es la constante de Planck) que permite calcular la longitud de onda (?) esperada para una partícula de masa m con momentum p (p=mv). En microscopía electrónica m representa la masa de un electrón y ? adquiere valores en el intervalo 0.388 – 0.00193 nm, dependiendo del voltaje de aceleración de los electrones.

El otro principio físico en el que se basa el diseño de un microscopio electrónico es el de la ley de Lorentz (F= e (vxB), lo cual indica para este caso, que un electrón viajando con velocidad v dentro de un campo magnético B, experimenta una fuerza que hace que el electrón describa una trayectoria helicoidal alrededor de las líneas del B. De esta manera un microscopio electrónico está constituido por lentes electrostáticas y electromagnéticas que desempeñan el mismo papel que una lente de vidrio para el caso de un microscopio de luz (Yacamán y Reyes, 1995).

En la figura 5 se muestra el diseño óptico de un TEM; una imagen de alta resolución de una interfase bimetálica Ni-Pt y un patrón de difracción de un material cristalino.

Fig. 5. Diseño óptico de un TEM; imagen con resolución atómica de una aleación Ni-Pt y un patrón de difracción

Fig. 6. Óptica de un SEM, imagen del ojo de una mosca obtenida a 450X y de microorganismos en papel antiguo a 2000X. Se presenta la óptica de un SEM y dos imágenes típicas obtenidas por esta técnica del ojo de una mosca y de microorganismos en papel antiguo.

En el área biológica, grandes descubrimientos se han dado a conocer con el uso estos microscopios, destacando los trabajos de Claude y Palade, quienes en 1974 recibieron el Premio Nobel de Biología por sus estudios celulares. Con este tipo de microscopio fueron observados por primera vez, el ADN y diferentes tipos de virus.