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

Un microscopio óptico corriente, 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 procede de cómo se comporta la luz como onda, y es aproximado.

Tamaño

El límite es de resolución: la distancia más corta entre dos puntos que un microscopio todavía puede mostrar por separado. Dos puntos más cercanos que esa distancia se funden en uno solo. El límite no depende del aumento. A partir de unos 1 000 aumentos, ampliar más la imagen la hace más grande, pero no muestra más detalle.

En 1873, el microscopista Ernst Abbe publicó una ecuación que mostraba que 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 habitual del cálculo divide la longitud de onda entre el doble de la apertura numérica, un número que mide cuánta luz recoge la lente.

Las mejores lentes observan a través de una gota de aceite y alcanzan una apertura numérica de aproximadamente 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, tiene unas 37 veces el tamaño del límite, así que su forma se ve con claridad.
Una partícula de Mimivirus, de unos 750 nanómetros de ancho, tiene casi cuatro veces el tamaño del límite. Es lo bastante grande para verse con un microscopio óptico, algo poco habitual en un virus.
Una partícula de VIH, de unos 145 nanómetros de ancho, es menor que el límite, así que un microscopio óptico no puede mostrar su forma.
Unos 400–500 detalles del tamaño del límite cabrían a lo ancho de un cabello humano, que mide 80–100 micrómetros de ancho.
Si el límite se agrandara hasta 1 milímetro, la marca más pequeña de una regla métrica, un cabello humano mediría 40–50 centímetros de ancho. Una partícula de VIH mediría unos 0,7 milímetros de ancho, menos que una de las marcas de la regla.

Ver un punto sin ver su forma

El límite se refiere al detalle, no a si se llega a detectar algo. Una sola molécula que brilla puede aparecer en un microscopio corriente como un punto de luz, si está a más de 0,2 micrómetros de cualquier otra molécula brillante. El punto se difumina hasta el tamaño del límite, así que revela dónde está la molécula, pero no qué aspecto tiene.

Las longitudes de onda más cortas dan un detalle más fino. Los microscopios que usan luz ultravioleta cercana pueden resolver detalles más pequeños que los que usan luz visible. Los microscopios electrónicos llegan mucho más lejos. Los electrones que emplean se comportan como ondas con una longitud de onda de unos 0,005 nanómetros, mucho más corta que la de la luz.

Superar el límite

Durante la mayor parte del siglo XX, los científicos creyeron 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 que las moléculas brillen y un segundo haz láser en forma de anillo para apagar todas salvo las de un punto diminuto.

W. E. Moerner y Eric Betzig desarrollaron otro método, que enciende solo unas pocas moléculas brillantes cada 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 de las Ciencias de Suecia, que concede el premio, su trabajo significa que «la microscopía se ha convertido en nanoscopía».