4. C. Microscopica Final

¿Qué es? La microscopía es una categoría de técnicas de caracterización que sondea y mapea principalmente la superficie un material. La microscopía puede proporcionar información sobre el tamaño, la textura (Rugosidad), la morfología (Poros/fibras), la cristalinidad (o la falta de ella), la composición elemental y el estado electrónico del material

Ejemplo Biomédico Visualización de la superficie de un material polimérico empleado para la encapsulación de células madre (microscopía electrónica) y la posterior caracterización de la localización de las células encapsuladas (microscopía confocal y de fluorescencia).

Caracterización Microscópica

Créditos

¿Qué es? La microscopía es una categoría de técnicas de caracterización que sondea y mapea principalmente la superficie de un material. La microscopía puede proporcionar información sobre el tamaño, la textura (Rugosidad), la morfología (Poros/fibras), la cristalinidad (o la falta de ella), la composición elemental y el estado electrónico del material

Óptica

1. M. óptico Convencional 2. M. óptico Invertido

Óptica

1. M. óptico Convencional 2. M. óptico Invertido

Electrónica

1. M. electrónico de barrido (SEM)2. M. electrónico de transmisión (TEM)

Óptica

1. M. óptico Convencional2. M. óptico Invertido

Sonda de barrido

1. Microscopía de fuerza atómica (AFM)2. Microscopía de efecto túnel (STM)

Electrónica

Flourescencia

1. M. de fluorescencia convencional2. M. confocal

1. M. electrónico de barrido (SEM)2. M. electrónico de transmisión (TEM)

Ejemplo Biomédico Visualización de la superficie de un material polimérico empleado para la encapsulación de células madre (microscopía electrónica) y la posterior caracterización de la localización de las células encapsuladas (microscopía confocal y de fluorescencia).

Flourescencia

1. M. de fluorescencia convencional2. M. confocal

Sonda de barrido

1. Microscopía de fuerza atómica (AFM)2. Microscopía de efecto túnel (STM)

Conceptos claves

Contraste

Resolución

Apertura Numérica

Magnificación

Definición:

Es un tipo de microscopía que utiliza diferentes tipos de lentes para magnificar la imagen de una muestra pequeña (límite de resolución 0.2 µm) empleando luz visible. Este límite se debe a la longitud de onda de la luz (0.4-0.7 µm). Con este tipo de microscopio se pueden observar tanto de muestras fijadas (microscopio óptico conveencional) o vivas (microscopio óptico invertido).

Microscopía óptica

Definición

Conceptos claves

Contraste: Diferencia en la intensidad luminosa que permite diferenciar el objeto del fondo del campo visual. El contraste depende de la cantidad de luz absorbida y la transmitida.

¿Con qué equipo se realiza la medida?

Microscopio óptico convencional:Se ilumina la platina desde la parte inferior y se utiliza particularmente para muestras fijadas en láminas o muy delgadas.

Contraste

¿Qué permite observar?​

Resolución: Es la capacidad que tiene un sistema óptico de aislar dos puntos que se encuentran muy próximos entre sí, de manera que se puedan distinguir cada uno de ellos. La resolución depende de la longitud de onda de la fuente lumínica. Límites de Resolución aproximados de algunos sistemas ópticos: • Ojo humano: 0,2 mm. • Microscopio Fotónico: 0,2 µm. • Microscopio electrónico: 0,2 nm

*Morfología de material​es *Crecimiento bacteriano​ *Densidad material (paso de la luz)

Resolución

Microscopio óptico convencional

Preparación muestras​

Se ilumina la platina desde la parte inferior y se utiliza particularmente para muestras fijadas en láminas o muy delgadas.

Magnificación: Capacidad que se tiene para aumentar la imagen de la muestra observada. El aumento del microscopio depende del aumento del objetivo y el aumento ocular.

Microscopio invertido:Se ilumina la platina desde la parte superior y se utiliza para observar cultivos celulares. Este instrumento se utiliza en especial para laboratorios de cultivos celulares, bancos de células y terapias celulares.

Magnificación

Microscopio invertido

Apertura Numérica: Es la capacidad de una lente de recoger la luz. Para lentes secas su valor máximo es de 1, pero por las limitaciones físicas de la calidad de las lentes, raras veces sobrepasan el valor de 0,95. Para usar lentes con aperturas superiores a 1 (máximo 1,4), estas deben ser de inmersión en aceite y lograr el mismo índice de refracción que la lente.

Se ilumina la platina desde la parte superior y se utiliza para observar cultivos celulares.

Este instrumento se utiliza en especial para laboratorios de cultivos celulares, bancos de células y terapias celulares.

Apertura Numérica

¿Con qué equipo se realiza la medida?

Definición:

¿Qué permite observar?​

Preparación muestras​

Es un tipo de microscopía que utiliza diferentes tipos de lentes para magnificar la imagen de una muestra pequeña (límite de resolución 0.2 µm) empleando luz visible. Este límite se debe a la longitud de onda de la luz (0.4-0.7 µm). Con este tipo de microscopio se pueden observar tanto de muestras fijadas (microscopio óptico conveencional) o vivas (microscopio óptico invertido).

*Morfología de material​es *Crecimiento bacteriano​ *Densidad material (paso de la luz)

Límite de resolución: Distancia mínima para reconocer dos puntos como entidades individuales. Para distancias menores los puntos aparecerán de manera difusa y es imposible discriminarlos. Haz de electrones: Consiste de un flujo colimado de electrones libres dotados de una velocidad elevada. Lentes electromagnéticos: Lentes condensadoras que controlan el tamaño del punto y lentes objetivas que enfocan el haz de electrones sobre la muestra (la distancia focal de esta lente es lo que se conoce como distancia de trabajo del microscopio). Profundidad de campo: Una imagen aparecerá en foco cuando el objeto se encuentre en un plano apropiado. Profundidad de foco: Similar a la profundidad de campo, pero hace referencia al rango de posiciones en que puede ubicarse la imagen sin aparecer fuera de foco, para una posición fija del objeto.

Definición:

Microscopía Electrónica

¿Qué permite observar?​

* Tamaño de poro ​ * Entrecruzamiento ​ * Cantidad de porosos por unidad de área​ * Aglomeraciones polimericas​

¿Qué permite observar?​

* Tamaño de poro ​ * Entrecruzamiento ​ * Cantidad de porosos por unidad de área​ * Aglomeraciones polimericas​ * Estructura superficial ​ La muestra debe estar sólida. ​ Además, si esta no es conductora se le realiza un recubrimiento con oro.

Conceptos claves

Conceptos claves

Límite de resolución

Límite de resolución

Esta técnica utiliza electrones (longitud de onda corta) para formar imágenes de objetos en una escala de hasta 0.2 nm.

Definición

Preparación muestras​

Microscopia electrónica de barrido (SEM)

Haz de electrones

Lentes electromagnéticos

Haz de electrones

Microscopia electrónica de barrido (SEM)

Lentes electromagnéticos

Microscopia electrónica de transmisión (TEM)

Es una técnica de análisis superficial (Electrones reflectados desde la superficie de la muestra).

En esta técnica se emite un haz de electrones hacia la muestra.

Profundidad de campo

Profundidad de foco

Detector de electrones secundarios

Profundidad de foco

Detector de electrones retro dispersados

Profundidad de campo

El haz de electrones golpea la superficie del objeto bajo observación y rebotan en él, de tal manera que un detector registra los electrones dispersos y los convierte en una imagen.

¿Cómo se obtienen las imágenes?

El haz de electrones golpea la superficie del objeto bajo observación y rebotan en él, de tal manera que un detector registra los electrones dispersos y los convierte en una imagen. Es decir que la imagen se obtiene mediante la detección, procesamiento y visualización de las señales resultantes de las interacciones entre un haz de electrones con la muestra.

Se compone de filtros de excitación en donde se selecciona la longitud de onda a excitar dentro de la muestra, el divisor de rayos dicroico que se encarga de reflejar la luz del espectro de excitación y transmitirla en el espectro de emisión.

Es una técnica de microscópica que permite la visualización de posibles fluorescencias del material analizado.

Definición

Microscopía de Fluorescencia

Tipos de microscopía de fluorescencia

Conceptos claves

Conceptos claves

Fluorescencia: Es el fenómeno donde la absorción de luz de una longitud de onda dada por una molécula es seguida por la emisión a longitudes de onda más largas (visible). Fluorocromo: Es una molécula capaz de absorber fotones y emitir fotones de menor energía (mayor longitud de onda). Fluorescencia primaria: Es la que tienen inherentemente algunas moléculas debido a su configuración o estructura molecular. Fluorescencia secundaria: Ocurre cuando una molécula específica o un grupo capaz de fluorescer, un fluorocromo, se introduce en la estructura de la muestra a través de enlaces covalentes. Espectro de excitación: Muestra diferentes intensidades de luz de emisión máxima a diferentes longitudes de onda de excitación. Espectro de emisión: Muestra la intensidad relativa de emisión a diferentes longitudes de onda al excitar con la longitud de onda máxima. Fotoblanqueo: Condiciones de iluminación de alta intensidad en el que hay destrucción irreversible del fluorocromo excitado

Microscopía defluorescencia

Microscopía confocal

¿Qué permite observar?​

*Cantidad de una molécula por unidad de área.​

*Distribución de una sola especie de molécula​.

Preparación muestras​

Permite la obtención de imágenes en 2D donde se observa la información de un estudio tridimensional.

¿Qué permite observar?

¿Cuáles son sus aplicaciones?

Conceptos claves

Teniendo en cuenta esto, a continuación se describen dos de las técnicas SPM más utilzadas:

Emisión termodiónica: Al aumentar la temperatura, la energía de los electrones también aumenta y el número de electrones con una energía suficiente para escapar del metal se incrementa. Si se coloca un electrodo con potencial positivo suficientemente cerca del metal, atraerá hacia sí los electrones emitidos. En estas condiciones, se puede medir la corriente de saturación para cada temperatura. A este efecto se le denomina efecto termoiónico. Emisión de campo: Acción que ejerce un campo eléctrico fuerte sobre el desplazamiento de electrones. En este caso, el electrodo que se utiliza para atraer a los electrones emitidos está cargado positivamente a un potencial V, es decir, la energía potencial del electrón disminuye en la dirección del electrodo. Micropunta o Sonda: La sonda es un elemento de los microscopios de barrido superficial, esta puede estar compuesto por diferentes diámetros de punta y materiales. Dichas características modifican la resolución del sensor de la superficie y la especificidad con que se realiza.

Microscopía sondeo de barrido

¿Cómo funciona?

¿Cómo debe ser la muestra?

Estas técnicas permiten realizar un análisis detallado de propiedades morfológicas, mecánicas, químicas entre otras, de la superficie estudiada.

Definición

¿Qué aplicaciones tiene?

Conceptos claves

Emisión termoiónica

Emisión de campo

Conceptos claves

Microscopía de efecto túnel (STM - Siglas en inglés)

¿Qué permite?

Emisión termoiónica

¿Qué permite? La imagen STM revela las características tridimensionales de la superficie (duras o blandas, aisladas o conductoras, sintéticas o naturales) con resoluciones espaciales de escala nanométrica o angstrom. Se puede medir propiedades de la superficie como conductividad térmica / resistencia, temperatura de transición del vidrio, Temperatura de fusión, rigidez, módulo, adhesión, potencial de superficie, capacidad, magnetismo electroquímica

Microscopía de fuerza atómica (AFM - Siglas en inglés)

¿Qué permite?

Emisión de campo

¿Qué aplicaciones tiene?

¿Cómo debe ser la muestra?

¿Cómo funciona?

¿Qué permite? La imagen AFM revela las características tridimensionales de la superficie (duras o blandas, aisladas o conductoras, sintéticas o naturales) con resoluciones espaciales de escala nanométrica o angstrom.

¿Qué aplicaciones tiene?

¿Cómo funciona?

¿Cómo debe ser la muestra?

Micropunta o Sonda

(A) Estructura química. (B)Mapas de densidad de electrones moleculares calculados con DFT. (C) Imagen de topografía STM de corriente constante (voltaje V = –100 mV, corriente I = 100 pA). (D a F) Imágenes de desplazamiento de frecuencia AFM de altura constante (V = 0 V, amplitud A = 100 pm) a diferentes alturas de punta.​

¿Qué aplicaciones tiene?

¿Cómo debe ser la muestra?

¿Cómo funciona?

Ténicas que se utilizan para determinar la genotoxicidad de un biomaterial

Créditos

Universidad de los Andes

Copyright © 2020 Universidad de los Andes. Esta obra se encuentra sujeta a una licencia Creative Commons “Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International” (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/legalcode). Atribución – No comercial – Sin Derivar: Esta licencia es la más restrictiva de las seis licencias principales, sólo permite que otros puedan descargar las obras y compartirlas con otras personas, siempre que se reconozca su autoría, pero no se pueden cambiar de ninguna manera ni se pueden utilizar comercialmente. Puede ser reproducida para cualquier uso no-comercial otorgando crédito a la Universidad de los Andes. No se permiten obras derivadas. El uso del nombre de la Universidad de los Andes para cualquier fin distinto al reconocimiento respectivo y el uso de su logotipo, no están autorizados por esta licencia. Note que el enlace URL, incluye términos y condiciones de esta licencia.

Facultad de Ingenieria Departamento de Ingeniería Biomédica en colaboración con Conecta-TE

Conceptos claves

Expertos de la materia / proveedores de contenido Carolina Muñoz Camargo Juan Carlos Cruz Jimenez Daniela Natalia Céspedes Valenzuela Diseñador Gráfico Cristian Daniel De Castro Pérez Diseño Pedagógico Diana Carolina Cortés Bolívar Diseño Tecnológico Dickmar Andres Romero Varela

¿Qué es?

autonomía, flexibilidad, interacción

Construyamos la inovación: