How big is Cosa más pequeña visible en un microscopio óptico?

Un microscopio óptico común, es decir, uno que forma la imagen con luz visible y lentes de vidrio, no puede mostrar detalles menores de unos 200 nanómetros, o 0.2 micrómetros. Un nanómetro es una milmillonésima de metro, y un micrómetro es una millonésima de metro. Este límite, que es aproximado, se debe a que la luz se comporta como una onda.

Tamaño

Es un límite de resolución: la distancia más corta entre dos puntos a la que un microscopio todavía puede mostrarlos separados. Dos puntos más cercanos que eso se ven como una sola mancha borrosa. El límite no depende del aumento. Por encima de unos 1,000 aumentos, ampliar más la imagen la hace más grande, pero no muestra más detalles.

En 1873, el microscopista Ernst Abbe publicó una ecuación según la cual la resolución depende de la longitud de onda de la luz. En el mejor de los casos, la resolución es de aproximadamente la mitad de la longitud de onda. Una forma común del cálculo divide la longitud de onda entre el doble de la apertura numérica, un número que mide cuánta luz capta la lente.

Las mejores lentes observan a través de una gota de aceite y alcanzan una apertura numérica de alrededor de 1.4. Con luz verde, de 550 nanómetros de longitud de onda, pueden distinguir detalles separados por unos 0.2 micrómetros. Con luz roja, de 700 nanómetros, el mismo tipo de cálculo da un límite menos fino, y con luz violeta, uno más fino.

Comparaciones de tamaño

Un glóbulo rojo, de unos 7.5 micrómetros de diámetro, mide unas 37 veces el límite, así que su forma se ve con claridad.
Una partícula de Mimivirus, de unos 750 nanómetros de diámetro, mide casi cuatro veces el límite. Es lo bastante grande para verse con un microscopio óptico, algo poco común en un virus.
Una partícula del VIH, de unos 145 nanómetros de diámetro, es más pequeña que el límite, así que un microscopio óptico no puede mostrar su forma.
En el grosor de un cabello humano, que es de 80 a 100 micrómetros, cabrían unos 400 a 500 detalles del tamaño del límite.
Si el límite se ampliara hasta 1 milímetro, la división más pequeña de una regla métrica, un cabello humano tendría de 40 a 50 centímetros de grosor. Una partícula del VIH mediría unos 0.7 milímetros de diámetro, menos que una de las divisiones de la regla.

Ver un punto sin ver su forma

El límite se refiere a los detalles, no a la posibilidad de detectar algo. Una sola molécula que brilla puede aparecer en un microscopio común como un punto de luz, si está a más de 0.2 micrómetros de cualquier otra molécula que brille. Ese punto se ve borroso y tiene el tamaño del límite, así que revela dónde está la molécula, pero no qué forma tiene.

Las longitudes de onda más cortas dan detalles más finos. Los microscopios que usan luz del ultravioleta cercano pueden distinguir detalles más pequeños que los que usan luz visible. Los microscopios electrónicos llegan mucho más lejos. Los electrones que usan se comportan como ondas con una longitud de onda de unos 0.005 nanómetros, mucho más corta que la de la luz.

Más allá del límite

Durante la mayor parte del siglo XX, la comunidad científica creía que los microscopios ópticos nunca podrían mostrar nada menor de unos 0.2 micrómetros. Stefan Hell propuso una forma de sortear el límite en 1994 y demostró que funcionaba en 2000. Su método usa un pulso de luz para hacer brillar las moléculas y un segundo haz láser, en forma de anillo, para apagarlas todas menos las que están en un punto diminuto.

W. E. Moerner y Eric Betzig desarrollaron otro método, que hace brillar solo unas cuantas moléculas a la vez y combina muchas imágenes. Los tres compartieron el Premio Nobel de Química de 2014 “por el desarrollo de la microscopía de fluorescencia de superresolución”. En palabras de la Real Academia Sueca de Ciencias, que otorga el premio, gracias a su trabajo “la microscopía se ha convertido en nanoscopía”.