Madeira Optics - Como funcionam os microscópios? 

Madeira Optics - Como funcionam os microscópios? 

Publicado por Adam Williams em

Em todo o mundo natural, pequenas interacções, reacções e eventos estão a acontecer mesmo debaixo dos nossos narizes. Mas como seres humanos, nem sempre somos capazes de os ver a olho nu. 


A planta na sua mesa de café está repleta de vida, transformando a luz solar em oxigénio. Os seus lençóis, roupas no armário e gavetas, e os tapetes no seu chão estão cheios de ácaros e insectos. O ar à sua volta está cheio de pólen e outros elementos minúsculos que respiramos constantemente. Por vezes é assustador imaginar o que está a acontecer mesmo à nossa frente, à medida que nos movemos na nossa vida quotidiana. Mas tudo isto faz parte do eco-sistema natural em que vivemos e prosperamos. 


Ao longo dos anos, a comunidade científica tem estado fascinada com o mundo natural que nos rodeia, e criou algumas ferramentas incríveis que nos permitem ver coisas que normalmente são invisíveis ao olho humano. Tal como os telescópios nos permitem ver galáxias distantes, os microscópios são o instrumento mais comum que utilizamos para ver os pequenos detalhes que nos rodeiam.  


Os microscópios poderosos lançam nova luz sobre o mundo à nossa volta e tornam o invisível, visível. Desempenham um enorme papel na ciência e têm-nos mostrado os blocos de construção da vida. Deram-nos uma compreensão mais profunda sobre como os pequenos organismos se reproduzem, bem como sobre como evoluímos como espécie. Itens do passado, parados no tempo como fósseis, ou descobertos congelados, foram exumados e examinados usando microscópios que revelaram tanta informação sobre a história da vida no nosso planeta.  



Porque é que precisamos de microscópios?


Há muitas coisas que não podemos ver, mas isso não significa que elas não estejam lá. Os sinais de rádio, Wi-Fi, Bluetooth e televisão estão sempre à nossa volta, na maior parte do mundo, mas não somos capazes de os ver ou sentir. 

Estamos habituados a compreender o mundo através de coisas que podemos ver, tocar, ouvir e cheirar, mas há uma riqueza de coisas em que os nossos olhos, ouvidos e narizes não estão sintonizados. 


Imagine que os seus olhos são microscópios poderosos, e poderia ver todos os germes e micróbios que vivem na sua pele, nas superfícies à volta da sua casa, ou nos assentos e pegas dos transportes públicos. Ficaria tão distraído com este mundo extraordinário que não seria capaz de se concentrar na sua vida a uma escala mais significativa. 


Através de milhões de anos de evolução, os nossos olhos e cérebros são programados para se preocuparem com as coisas mais importantes - objetos e ocorrências numa escala semelhante à dos nossos corpos. Simplesmente não temos tempo ou capacidade cerebral para nos preocuparmos com absolutamente tudo o que está a acontecer à nossa volta. Quanto mais pequenas forem as coisas para as quais olhamos, mais há para ver, mais informação há para processar, e quanto mais tempo demorar. Se visses microscopicamente o dia todo, terias de reagir muito mais lentamente ao mundo à tua volta - e esse tempo extra de reacção mudaria a forma como vives a tua vida de uma forma que é difícil de compreender. 

O corpo humano está finamente sintonizado com o negócio da vida quotidiana à escala humana e eficientemente concebido para ignorar tudo o resto, mas graças à ciência moderna, sabemos que há muito mais a acontecer à nossa volta numa escala microscópica que nos pode ajudar a viver as nossas vidas de forma mais eficaz. 


Os cientistas sabem desde o século XVII que as entranhas dos seres vivos são constituídas por pequenas células e a compreensão do seu funcionamento ajuda-nos a combater doenças e enfermidades. Mais recentemente, durante o século XX, os cientistas descobriram que os materiais são constituídos por átomos e que os próprios átomos são construídos a partir de partículas subatómicas mais pequenas. A compreensão da estrutura atómica abriu caminho a todo o tipo de invenções espantosas, desde transístores electrónicos até à energia nuclear.

 


Como Funcionam os Microscópios


Os microscópios são essencialmente tubos equipados com lentes. As lentes são pedaços curvos de vidro que dobram (ou refratam) os raios de luz que os atravessam. O microscópio mais simples de todos é uma lupa feita a partir de uma única lente convexa, que normalmente aumenta cerca de 5-10 vezes. Os microscópios utilizados em casas, escolas e laboratórios profissionais são conhecidos como microscópios compostos e utilizam pelo menos duas lentes para produzir uma imagem ampliada. Há uma lente acima do objecto (chamada lente objectiva) e outra lente perto do olho (chamada lente ocular ou ocular). Cada uma destas pode ser composta por uma série de lentes diferentes. A maioria dos microscópios compostos pode ampliar 10, 20, 40, ou 100 vezes, embora os microscópios profissionais possam ampliar até 1000 ou mais vezes. Para uma ampliação maior do que esta, os cientistas usam geralmente microscópios electrónicos.


Então, o que é que um microscópio realmente faz? Pense numa mosca sentada em cima da mesa à sua frente. O grande olho composto na frente da sua cabeça tem apenas alguns milímetros de diâmetro, mas é composto por cerca de 6000 pequenos segmentos, cada um deles um olho minúsculo e funcional em miniatura. Para ver o olho de uma mosca em detalhe, os nossos próprios olhos teriam de ser capazes de processar detalhes que são milimetros divididos em milhares ou milionésimos de metro (microns). 

Para estudar o olho de uma mosca em detalhe apenas com o olho humano, teria de ter entre 10cm a 100cm de diâmetro. Como se aparecesse numa fotografia explodida. É isso que um microscópio faz. Usando lentes de vidro feitas com precisão, tira os raios de luz minuciosamente separados vindos de algo de um objecto (como o olho de uma mosca) e espalha-os de forma a parecerem vir de um objecto muito maior.



Partes de um Microscópio



Um microscópio composto utiliza duas ou mais lentes para produzir uma imagem ampliada de um objecto, conhecido como espécime, colocado sobre uma lâmina (um pedaço de vidro) na base.


Parts of a microscope
  1. O microscópio repousa firmemente sobre um suporte sobre uma mesa.
  2. A luz do dia da sala (ou de uma lâmpada brilhante) brilha no fundo.
  3. Os raios de luz atingem um espelho anguloso e mudam de direção, deslocando-se diretamente para cima em direção ao espécime. O espelho pivota. Pode ajustá-lo para capturar mais luz e alterar a luminosidade da imagem que vê.
  4. Os raios de luz passam através de um buraco numa plataforma horizontal ajustável chamada palco.
  5. O palco move-se para cima e para baixo quando se roda uma roda de polegar na lateral do microscópio. Ao levantar e baixar o palco, aproxima-se ou afasta as lentes do objecto que está a examinar, ajustando o foco da imagem que se vê.
  6. Para olhar para algo sob um microscópio (como uma folha de planta), prepara-se um espécime do mesmo. O espécime tem de ser uma fatia muito fina para que os raios de luz passem.
  7. Monta-se o espécime numa lâmina de vidro com uma tampa de vidro por cima para o manter no lugar.
  8. A luz que sai do espelho passa através da lâmina de vidro, o espécime, e a tampa de vidro desliza para a lente objectiva (a que está mais próxima do objecto). Isto faz a primeira ampliação: funciona espalhando raios de luz do espécime de modo a parecer que provêm de um objeto maior. A "lente" objectiva consiste geralmente em mais do que uma lente.
  9. A lente ocular (a mais próxima do olho) amplia a imagem da lente objetiva, como uma lupa.
  10. Em alguns microscópios, é possível mover a ocular para cima e para baixo rodando uma roda. Isto dá-lhe um bom controlo ou "afinação fina" do foco.
  11. Olhamos para baixo sobre uma imagem ampliada do objecto.



Quais são as diferenças entre os diferentes tipos de Microscópios? 


Polorized Microscopes / Microscópios Polorizantes


A luz vulgar consiste em ondas que vibram em todas as direcções. Se passarmos uma luz como esta através de um filtro em forma de grelha, para que as ondas possam vibrar apenas numa direcção (plano), o efeito que obtemos chama-se polarização (ou luz polarizada de plano). Se a luz polarizada for então passada através de um pedaço de vidro comum, ela dobra-se da forma habitual através do processo de refração. Podemos comparar a quantidade pela qual a luz se dobra em diferentes materiais utilizando uma medida chamada índice de refracção.


Quando a luz passa através de outros materiais sólidos, tais como gelo, carbonato de cálcio, quartzo, plásticos (tais como celofane), plásticos sob tensão, e vários outros cristais, a luz divide-se em duas ondas separadas que se dobram por quantidades diferentes e vemos um efeito chamado birefringence (dupla refracção). Ao contrário do vidro, (que tem um único índice de refração), estes materiais têm dois índices de refração. Se recolhermos as duas ondas que saem de um cristal birrefringente e as passarmos através de outro filtro polarizador, chamado analisador, que é colocado em ângulo recto com o primeiro filtro polarizador, elas recombinam-se, interferem uma com a outra, e produzem padrões coloridos que mudam à medida que se roda o espécime.


Os microscópios de polarização baseiam-se nesta ideia: são muito semelhantes aos microscópios ópticos comuns, mas com filtros de polarização instalados acima e abaixo da amostra. Podemos utilizá-los para estudar a birrefringência e outras propriedades dos materiais que nos podem ajudar a identificar minerais ou a sub-construir a sua estrutura interna. Os microscópios de polarização têm aplicações úteis:


  • Geologia - Estudo dos componentes minerais de uma rocha em particular.
  • Cristalografia - Identificação de cristais em tudo, desde a ciência forense até à conservação da arte.
  • Ciência dos materiais - Estudo da tensão em certos componentes mecânicos utilizando a fotoelasticidade.
  • Medicina - Diagnosticar problemas médicos e identificar mutações celulares, tais como tumores e crescimento. 

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Fluorescence Microscopes / Microscópios de Fluorescência


​​Ao observar um objeto sob um microscópio, não procuramos apenas ver o objecto numa escala maior, queremos também melhorar o contraste da imagem, para podermos identificar diferentes partes do espécime. 


A fim de melhorar o contraste, podemos utilizar tanto ferramentas químicas como físicas. Se já utilizou um microscópio simples na escola, pode ter utilizado manchas químicas como o iodo, que transforma os hidratos de carbono num castanho escuro ou preto, ou azul de metileno (C16H18N3ClS), que mostra a forma das bactérias ao colorir os ácidos no seu interior com um tom profundo de azul. 


Os microscópios de polarização conseguem um contraste colorido com a ajuda de ondas de luz polarizada. E há outra técnica muito popular, que melhora o contraste em microscopia, que se baseia na fluorescência - o truque químico puxado por criaturas como pirilampos.


Num microscópio de fluorescência, a amostra é corada com um corante fluorescente, e depois bombardeada com luz de um determinado comprimento de onda (geralmente de uma lâmpada de mercúrio). O corante emite então luz de um comprimento de onda diferente pelo processo de fluorescência, que produz uma imagem de alto contraste que podemos observar através de lentes convencionais, usando filtros especiais ou gravações com uma câmara, ou um sensor de imagem que detecta a luz.


Os microscópios de fluorescência são amplamente utilizados na comunidade científica porque oferecem maior contraste e sensibilidade do que os microscópios comuns, e ajudam-nos a identificar características únicas e funcionais nas nossas amostras microscópicas.


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Electron Microscopes / Microscópios de Electron


Mesmo os melhores microscópios têm os seus limites: a maioria não consegue ampliar mais do que alguns milhares de vezes. Uma forma de compreendermos a luz é dizer que ela é constituída por partículas energéticas chamadas fotões. Os fótons comportam-se como ondas, mas são centenas de vezes mais finos do que um cabelo humano. Se quisermos olhar para objectos ainda mais pequenos do que fotões, temos de usar partículas com comprimentos de onda ainda menores, chamadas Electrões. Os electrões são pequenas partículas carregadas negativamente que se movem rapidamente no interior dos átomos. Os microscópios que funcionam desta forma são chamados microscópios de electrões.


A História dos Microscópios 


A descoberta documentada e a utilização de microscópios pode ser rastreada até ao século XVI. Alguns exemplos de avanços históricos do Microscópio são listados abaixo:  


O fabricante de espectáculos holandês Hans Janssen e o seu filho Zacharias desenvolvem o primeiro microscópio composto por volta de 1595


Robert Hooke publica Micrographia, mostrando incríveis estudos de seres vivos vistos e desenhados usando um microscópio em 1665.


Em 1675, o empresário holandês Antonie van Leeuwenhoek desenvolveu alguns dos primeiros microscópios práticos usando lentes de vidro de alta qualidade e utilizou-os para fazer as primeiras observações de bactérias e protozoários.


1815 - O pioneiro da fotografia cinematográfica William Henry Fox Talbot e (mais tarde) o físico David Brewster desenvolvem o microscópio polarizador.


1873 - O físico alemão Ernst Abbe observa que a natureza fundamental da luz estabelece limites ao que pode ser visto ("resolvido") com microscópios ópticos convencionais - o discernimento teórico que leva aos microscópios electrónicos.


1911 - Carl Zeiss e Carl Reichert desenvolvem o microscópio de fluorescência.


1931 - O cientista alemão Max Knoll e o seu aluno Ernst Ruska desenvolveram a primeira lente objectiva magnética de electrões. Esta tornou-se o componente central de um microscópio de electrões.


O microscópio de contraste de fase foi desenvolvido por Frits Xernike em 1932. 


Em 1933, Ernst Ruska constrói o primeiro microscópio electrónico prático de transmissão.


1935 - O primeiro microscópio electrónico de varrimento foi concebido e construído por Max Knoll.


1981: Gerd Binnig e Heinrich Rohrer inventam o microscópio de varrimento em túnel, pelo qual lhes foi atribuído o Prémio Nobel da Física de 1986.


Madeira Optics, Funchal


Na Madeira Optics, somos especialistas em fornecer equipamento microscópico da mais alta qualidade. O único retalhista português de microscópios Levenhuk, Bresser e Discovery, com uma loja dedicada no Funchal, Madeira. 


Trabalhamos com escolas, universidades, laboratórios de investigação e agências governamentais, fornecendo equipamento e apoio de qualidade. 


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