Anatomia de um Microscópio

O que é um microscópio?

Os microscópios são instrumentos especificamente desenvolvidos para produzir a ampliação visual ou imagens fotográficas de pequenos objetos. Esses equipamentos precisam realizar três tarefas: produzir uma imagem ampliada, fazer a distinção dos detalhes na imagem e tornar esses detalhes visíveis para o olho humano ou câmera. Esse grupo de instrumentos inclui projetos de microscópio com várias lentes, incluindo objetivas e condensadores, assim como dispositivos simples, com apenas uma lente e que costumam ser portáteis, p. ex., uma lente de aumento.

Partes de um microscópio composto simples

O microscópio apresentado na Figura 1 abaixo é um microscópio composto simples, inventado na década de 1660 por Robert Hooke, um microscopista britânico.

As partes de um microscópio de Hooke

Esse belo microscópio artesanal tem uma lente objetiva perto do espécime e o ajuste do foco é feito girando o corpo do microscópio para aproximar ou afastar a objetiva do espécime. O instrumento tem uma lente ocular no topo do microscópio e, em muitos casos, há uma lente interna de campo dentro do tambor para aumentar o campo de visão.

O microscópio na Figura 1 tem iluminação por meio da lâmpada a óleo e do reservatório esférico preenchido com água (também ilustrados na Figura 1). Ao passar pelo reservatório, a luz da lâmpada é difundida e então focada no espécime com uma lente anexa ao reservatório. Esse microscópio rudimentar sofria com aberração cromática (e esférica), e todas as imagens visualizadas sob luz branca continham “halos” de cor azul ou vermelha.

A relação entre microscópios e o olho

Como muitos usuários de microscópio recorrem a observações diretas, é importante entender a relação entre o microscópio e o olho. Nossos olhos são capazes de diferenciar a cor na parte visível do espectro: de violeta e azul a verde e amarelo até laranja e vermelho. No entanto, o olho não consegue enxergar raios ultravioleta ou infravermelho.

O olho também percebe diferenças no brilho e intensidade do preto ao branco e de todos os tons de cinza entre esses extremos. Portanto, para que o olho visualize uma imagem, é necessário apresentá-la nas cores do espectro visível e/ou com graus variáveis de intensidade de luz.

Para enxergar as cores, nossos olhos usam células receptoras chamadas de cones. As células especializadas na diferenciação da intensidade, e não das cores, são chamadas de bastonetes. Ambos os tipos de célula estão localizados na retina, na parte de trás do interior do olho. A frente do olho (Figura 2), que inclui a íris, a córnea curvada e a lente, recebe e foca a luz na retina.

Para que uma imagem seja vista com clareza, é necessário expandi-la na retina com um ângulo visual suficiente. A menos que a luz atinja as fileiras não adjacentes de células da retina (uma função da ampliação e da propagação da imagem), não conseguimos diferenciar como separados (resolvidos) detalhes que estejam muito próximos. Além disso, é necessário haver contraste suficiente entre os detalhes adjacentes e/ou o fundo para que a imagem visível, ampliada e resolvida seja processada.

Como a lente do olho tem capacidade limitada de mudança de forma, não é possível focar na retina qualquer objeto que esteja muito próximo do olho. A distância convencionalmente aceita de visualização é de aproximadamente 25 cm (ou 10 pol.).

A história do microscópio

O microscópio simples

Mais de 500 anos atrás, lentes de aumento simples em vidro eram desenvolvidas na forma de lentes convexas (mais espessas no centro do que na periferia). Assim, era possível estabelecer o foco no espécime ou objeto posicionando a lente de aumento entre o objeto e o olho. Esses microscópios simples eram capazes de expandir a imagem na retina por meio de aumento ao ampliar o ângulo visual na retina.

Durante a década de 1600, o microscópio simples, ou lente de aumento, foi otimizado por meio do trabalho de Anton von Leeuwenhoek. Usando um microscópio simples, semelhante ao ilustrado na Figura 3 abaixo, ele conseguiu visualizar animais unicelulares (que chamou de “animálculos”) e até mesmo algumas bactérias maiores.

Quando mantida próxima ao olho do observador, a imagem produzida por essa lente de aumento aparece como se estivesse no mesmo lado no mesmo lado da lente que o objeto. Esse tipo de imagem, visualizado como se estivesse a 25 cm do olho, é conhecido como imagem virtual e não pode ser capturado em filme.

Partes de um microscópio simples

O microscópio composto

O microscópio composto foi desenvolvido por volta do início da década de 1600, por meio do trabalho atribuído aos irmãos Janssen nos Países Baixos e a Galileo na Itália (veja o microscópio na Figura 4).

Partes de um microscópio composto

Em sua forma mais simples, o microscópio composto consistia em duas lentes convexas alinhadas em série: um vidro de objeto (objetiva) na extremidade mais próximo do objeto ou espécime, uma ocular na extremidade mais próxima do olho do observador (com a possibilidade de ajuste da posição do espécime e da lente do microscópio). A objetiva projeta uma imagem ampliada no tambor do microscópio. Em seguida, a ocular amplia ainda mais a imagem projetada pela objetiva. Dessa maneira, o microscópio composto atinge uma ampliação de duas etapas.

Os microscópios compostos desenvolvidos durante os séculos XVII e XVIII sofriam com aberração óptica (tanto cromática quanto esférica), uma falha que é agravada pelo uso de várias lentes. Na verdade, esses artefatos tornavam esses microscópios inferiores em comparação aos microscópios de lente única da época. As imagens que eles produziam costumavam ser borradas e apresentar os halos coloridos associados a aberrações cromáticas, não apenas degradando a qualidade da imagem, mas também atrapalhando a resolução.

Em meados de 1700, os fabricantes de lentes descobriram que era possível reduzir boa parte da aberração cromática ou até eliminá-la combinando duas lentes feitas em vidro com diferentes dispersões de cor. Inicialmente, a descoberta foi aplicada em telescópios, que tinham lentes muito maiores do que os microscópios. A presença de lentes com correção cromática só passou a ser comum nos microscópios compostos no início da década de 1800.

Avanços nos microscópios compostos

Os séculos XVIII e XIV trouxeram grandes avanços para a qualidade mecânica e óptica dos microscópios compostos. Avanços de maquinário viabilizaram a fabricação de peças mais sofisticadas. Até meados de 1800, os microscópios de alta qualidade eram produzidos preferencialmente com latão.

Durante essa época, houve um grande crescimento nos fabricantes de microscópios alemães e britânicos. Os microscópios tinham vários tipos de design e os mais variados níveis de qualidade, mas os princípios gerais de suas propriedades ópticas permaneceram relativamente consistentes. O microscópio ilustrado abaixo na Figura 5 foi fabricado por Hugh Powell e Peter Lealand por volta de 1850. A base com tripé fornece um suporte robusto para o microscópio, que muitos consideram ser o mais avançado da época.

Diagrama das partes de um microscópio Powell & Lealand

O final do século XIV foi uma época de grande concorrência entre os fabricantes de microscópios. Como resultado, os custos para o desenvolvimento e a produção dos microscópios passaram a ser algo importante. O latão, que era o material preferencial dos fabricantes de microscópios, é muito caro. A usinagem, o polimento e o acabamento dos tambores dos microscópios e de outras peças produzidas em latão também eram tarefas demoradas. A fim de reduzir os gastos, os fabricantes de microscópios começaram a pintar o exterior do tambor e do suporte dos microscópios, assim como a platina e outras partes imóveis.

Microscópios no século XX

Durante os primeiros 25 anos do século XX, muitos fabricantes de microscópios passaram a substituir o latão por ferro fundido nas estativas e platinas dos microscópios. O ferro era muito mais barato e, após a aplicação de pintura na cor preta, a diferença do latão era imperceptível. Os fabricantes também começaram a galvanizar muitos dos componentes cruciais ainda produzidos em latão, como botões, tambores de objetivas, revólveres porta-objetivas, oculares e unidades de platina mecânica (ilustrados na Figura 6 abaixo).

Esses microscópios do início do século XX ainda seguiam um tema comum no design. Eles tinham um monóculo com um espelho na platina inferior que era usado para iluminar o espécime com uma lâmpada externa. Na Figura 6, você verá um exemplo de microscópio comum de laboratório do período, fabricado pela Zeiss. Esse tipo de microscópio é bastante funcional e ainda há muitos em uso até hoje.

Partes de um microscópio de laboratório da Zeiss

Microscópios modernos

Os microscópios modernos vão muito além das especificações de design dos equipamentos fabricantes antes de meados de 1900. As formulações de vidro avançaram muito, permitindo níveis inéditos de correção de aberrações ópticas. Agora, os revestimentos sintéticos antirreflexo aplicados nas lentes são muito avançados. A tecnologia de circuito integrado permitiu que os fabricantes produzam microscópios “inteligentes” que incorporam microprocessadores ao equipamento. Com acessórios que monitoram a intensidade de luz, calculam a exposição com base na velocidade do filme e realizam tarefas complicadas automaticamente (p. ex., agrupamento, múltipla exposição e fotografia em intervalos de tempo, também conhecida como “time-lapse”), a fotomicrografia nunca foi tão fácil.

O microscópio ilustrado na Figura 7 é um microscópio de pesquisa Olympus Provis AX70. Lançado na década de 1990, esse microscópio apresentava um design sofisticado que incorporava vários iluminadores (episcópico e diascópico), analisadores e polarizadores, prismas DIC, acessórios para fluorescência e capacidades de contraste de fase. O sistema de fotomicrografia oferecia medição de ponto, controle automático de exposição e aumento da ampliação para um enquadramento fácil e flexível. A estrutura em forma de Y ajudava a melhorar a ergonomia e a facilidade de uso. Hoje em dia, os fabricantes de microscópios continuam desenvolvendo novas tecnologias de microscópio para melhorar o conforto do usuário, a facilidade de uso e viabilizar novas pesquisas.

Partes de um microscópio Olympus Provis AX 70

Usos práticos da microscopia

Praticamente qualquer pessoa já viu o mundo por meio de um microscópio óptico. Na maioria dos casos, essa experiência ocorreu durante a aula de biologia no ensino médio ou superior, embora alguns empreendedores científicos tenham adquirido os próprios microscópios individualmente ou como parte de um kit de ciências.

Há muito tempo a obtenção de fotografias por meio do microscópio, ou fotomicrografia, é uma ferramenta útil para os cientistas. As ciências médicas e biológicas têm recorrido constantemente à microscopia para solucionar problemas relacionados a características morfológicas de espécimes e também como uma ferramenta quantitativa para o registro de dados e características ópticas. Assim, o microscópio óptico comprovou seu valor como uma ferramenta útil para a investigação dos mistérios da vida.

Devido à necessidade de observar características da superfície de novo materiais de alta tecnologia e circuitos integrados, a microscopia ganhou o status de ferramenta popular nas ciências físicas e de materiais, assim como no setor de microcondutores. A microscopia também comprovou ser útil para cientistas forenses, que precisam examinar cabelos, fibras, tecidos, manchas de sangue, balas e outros itens associados a cenas de crime. Avanços mais recentes nos corantes de fluorocromo e nas técnicas de anticorpos monoclonais abriram caminho para um grande crescimento no uso da microscopia de fluorescência tanto na análise biomédica quanto na biologia celular.

A diferença entre a microscopia nas áreas biomédica e de materiais

As diferenças básicas entre a microscopia nas áreas biomédica e de materiais envolve como o microscópio projeta a luz sobre a amostra. Na microscopia biológica clássica, a luz é projetada ou transmitida por espécimes muito finos, focada com a objetiva, e então projetada nas oculares do microscópio.

Para observar a superfície de circuitos integrados (que fazem os computadores modernos funcionarem), a luz é projetada pela objetiva e então refletida diretamente da superfície da amostra para a objetiva do microscópio. Na terminologia científica, as microscopias de luz transmitida e refletida são respectivamente conhecidas como microscopia com iluminação diascópica e episcópica. As fotomicrografias em nossas galerias de fotos foram obtidas de investigações científicas que usaram microscopia óptica transmitida e refletida.

Um dos problemas comuns na microscopia é o contraste insatisfatório produzido quando a luz passa por espécimes muito finos ou é refletida de superfícies com um grau muito alto de reflexividade. Várias técnicas foram desenvolvidas para aumentar o contraste e fornecer variações de cores nos espécimes a fim de superar o contraste insatisfatório. Essas técnicas ópticas incluem:

• Luz polarizada
• Imagem de contraste de fase
• Contraste de interferência diferencial
• Iluminação de fluorescência
• Iluminação de campo escuro
• Iluminação de Rheinberg
• Contraste de modulação de Hoffman
• Uso de vários filtros ópticos gelatinosos

Leia uma discussão detalhada sobre essas técnicas ópticas na seção de técnicas de microscopia dedicada desta introdução. Para sua conveniência, fornecemos as referências em formato de bibliografia e como links para sites da Web. Esses recursos podem ajudar você a aprender sobre e instruir outras pessoas nas áreas de microscopia e fotomicrografia.