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El ojo, es el instrumento óptico mediante el cual los seres humanos percibimos las imágenes de los objetos que nos rodean. Pero desde siempre, el ser humano ha tenido la curiosidad de ver los objetos lejanos y pequeños más grandes y más cercanos. Para satisfacer esta curiosidad, el hombre se ha valido de instrumentos ópticos a lo largo de toda la historia. Desde la Antigüedad, el hombre se ha dado cuenta de que los cristales tallados con ciertas formas (empleados en origen como joyas) modificaban el aspecto de los objetos observados a su través. Las lentes positivas fueron usadas como lupas desde tiempos muy remotos. Los hallazgos arqueológicos demostraron que fueron utilizadas para hacer las pequeñas inscripciones, que aparecieron en objetos hallados en las esfinges de la Tumba de Minos, en Egipto. Hace 3000 años a. C., en Mesopotamia se hacían lentes plano- convexas y biconvexas, Plinio el Joven describe a Nerón utilizando esmeraldas talladas en el Coliseo, etc… En la Edad Media, el físico árabe (nacido en el actual Irak) Ibn al-Haytham “Alhazen” (físico, astrónomo y matemático musulmán) realizó extensos estudios matemáticos sobre las propiedades ópticas de los diversos tipos de lentes, describiendo la imagen formada en la retina humana debido al cristalino.

Anton van Leeuwenhoek (Holanda, 1632-1723) Mientras desarrollaba su trabajo como comerciante de telas, construyó para la observación de la calidad de las telas lupas de mejor calidad que las que se podían conseguir en ese momento, tras aprender por su cuenta soplado y pulido de vidrio. Logró fabricar lentes lo suficientemente poderosas como para observar bacterias, hongos y protozoos. El microscopista Leeuwenhoek, sin ninguna preparación científica, puede considerarse el fundador de la bacteriología. Tallaba él mismo sus lupas, sobre pequeñas esferas de cristal, cuyos diámetros no alcanzaban el milímetro (su campo de visión era muy limitado, de décimas de milímetro). Con estas pequeñas distancias focales alcanzaba los 275 aumentos. Desarrolló tanto fijaciones para pequeñas lentes biconvexas montadas sobre platinas de latón, que se sostenían muy cerca del ojo, al modo de los anteojos actuales, como estructuras tipo microscopio en la que se podían fijar tanto la lente como el objeto a observar. Examinó por primera vez los glóbulos rojos y descubrió que el semen contiene espermatozoides, documentó ampliamente varios tipos de protozoos y hasta de bacterias.

Robert Hooke (Inglaterra, 1635-1703) fue un científico que realizó investigaciones en Física y Biología muy variadas. Ideó los primeros microscopios compuestos con varias lentes, que en esencia tenían ya la misma estructura que los microscopios ópticos modernos. Entre otras, publicó en 1665, en su obra Micrographia , multitud de ilustraciones de criaturas microscópicas, incluyendo el aspecto de cortes de láminas de corcho divididas en estructuras que denominó “ células ”. Algunos años más tarde, el italiano Malpighi publicaría el resultado de sus observaciones microscópicas de tejidos vivos, entendiéndose que las células eran las unidades constitutivas de los seres vivos.

Ernst August Friedrich Ruska fue un físico alemán que ganó el Premio Nobel de Física en 1986 por sus investigaciones en óptica electrónica, incluyendo el diseño del primer microscópio electrónico. En 1931 los alemanes Ernst Ruska y Max Knoll construyeron el primer prototipo de microscopio de electrones. Tras perfeccionarlos, en 1933 consiguieron por fin superar el poder de resolución de los microscopios ópticos. Mejora de los microtomos: aparición del ultramicrotomo en los años 50.

Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) = Microscopio Confocal Láser de Barrido Scanning Tunneling Microscope (STM) = Microscopio de Efecto Tunel. Atomic-Force Microscope (AFM) = Microscopio de Fuerza Atómica. Es un instrumento mecano-óptico capaz de detectar fuerzas del orden de los nanonewtons. Al rastrear una muestra, es capaz de registrar continuamente su topografía mediante una sonda o punta afilada de forma piramidal o cónica. La sonda va acoplada a un listón o palanca microscópica muy flexible de sólo unos 200 μm. El microscopio de fuerza atómica ha sido esencial en el desarrollo de la nanotecnología, para la caracterización y visualización de muestras a dimensiones nanométricas.

Mover la posición de la lente con respecto a la del objeto afecta a más cosas que al aumento con que se ve. Las lentes poseen un punto focal : un lugar donde se forma la imagen mirando al infinito, donde se tiene una amplitud de campo máxima y todo está enfocado.

A medida que el objeto se acerca a la lente (y la imagen virtual que tenemos del mismo es mayor), la amplitud de campo disminuye: la distancia entre los límites izquierdo y derecho del campo de visión es cada vez mejor.

La distancia focal de un sistema optico es una medida de como de bien el sistema converge o diverge la luz. La distancia focal o longitud focal de una lente es la distancia entre el centro óptico de la lente o plano nodal posterior y el foco (o punto focal) cuando enfocamos al infinito. Para una lente positiva (convergente), la distancia focal es positiva. Para una lente negativa (divergente), la distancia focal es negativa. La inversa de la distancia focal de una lente es la potencia.

El poder de resolución , la capacidad que tiene un objetivo dado para poder presentar como separados dos objetos próximos, es el principal caballo de batalla de la microscopía. Puede modificarse haciendo variar los diversos parámetros de la fórmula de Abbe. “Fórmula de Abbe”, el mismo Abbe que trabajaba con Zeiss. Entender esta fórmula es lo que llevó a mejorar la construcción de las lentes y cómo montarlas en un microscopio con un fundamento teórico claro. Delta= resolución expresada en micrómetros. Cuanto menor, es major. De los anteriores planteamientos se deduce que el poder de resolución de un sistema óptico, en términos generales depende principalmente de:

• Apertura numérica del objetivo y condensador: La relación apertura/resolución es directamente proporcional; a mayor apertura, mayor resolución.
• Longitud de onda de la radiación electromagnética utilizada: La relación longitud de onda/resolución es inversamente proporcional; a menor longitud de onda, mayor resolución. Ojo : el poder de resolución es independiente de los aumentos.

La otra forma de hacer disminuir el cociente es haciendo el denominador más grande. Esto puede hacerse modificando la apertura angular del objetivo: cuanto más próximo a 90º sea ese ángulo, mayor será el seno. El ángulo puede modificarse modificando el tamaño y la forma del objetivo, lo que requiere de diversos ajustes técnicos que las distintas casas comerciales consiguen resolver mejor o peor.

También puede hacerse el denominador más grande modificando el índice de refracción (n) del medio que se dispone entre la muestra y el objetivo. El índice de refracción indica la el nivel de dispersión de los rayos de luz una vez atraviesan la muestra. Simplificando la explicación: cuanto más se dispersen estos rayos y menor número de rayos luminosos entren a través del objetivo, peor se verá la muestra. Al hacer variar el índice de refracción del medio, el aceite de inmersión hace que el objetivo reciba más rayos de la muestra: aumenta el poder de resolución.