Entre lo visible y lo no tan visible

El ojo es nuestro primer detector para discernir la presencia, aspecto, morfología y color de objetos. Pero no podemos obervar en detalles, por ejemplo, no podemos ver una célula, cómo se mueve una bacteria, o si está creciendo sobre la superficie de una prótesis o si un hongo está comenzando a invadir un cultivo. Tampoco podemos ver microfallas en un motor, una prótesis o el desgaste de una pieza que trabaja bajo determinada solicitación, si cambia de fase (metálograficamente hablando) o si se ha comenzado a corroer. Lejos estaríamos de poder detectar residuos de disparos de armas de fuego sin destruir la muestra, o evaluar con mínima cantidad si una obra de arte es original, o facilitar la autenticación de una moneda de colección, de una moneda de colección.

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Todas estas interrogantes y muchas más encuentran respuesta con la ayuda de un microscopio electrónico de barrido, también conocido como MEB.

A menudo, se confunde un microscopio óptico conectable a computadoras o a la corriente eléctrica con un microscopio electrónico, lo cual es incorrecto. El MEB recibe su nombre de su fuente de emisión, un filamento que emite electrones. En contraste, en un microscopio óptico, la fuente de emisión es una lámpara, que puede ser LED, halógena o de mercurio. En los modelos más antiguos, también puede ser un espejo direccionable situado debajo de la platina, donde se coloca la muestra a observar.

Esta distinción fundamental se refleja en la apariencia completamente diferente de ambos equipos. (Incluir fotos de ambos microscopios).

Herramientas tecnológicas

El microscopio electrónico de barrido (MEB) se ha convertido en una herramienta tecnológica de gran ayuda. Actualmente, ha alcanzado un desarrollo tal que se ha transformado en un minilaboratorio de análisis de materiales, gracias a la incorporación de diferentes detectores que pueden acoplarse al equipo.

Antes de continuar profundizando, es importante aclarar que un “detector” es una parte del instrumento que recibe una señal y la transforma en información comprensible, como una imagen o un gráfico. A continuación, mencionaremos los tres detectores más comunes.

El primero de ellos es el “Detector de electrones secundarios”, que proporciona información detallada sobre las características de las superficies, como morfología y textura. Con su ayuda, podemos magnificar la imagen hasta aproximadamente trescientas mil veces, y en los más modernos has 2 millones de veces. Y por su disposición podemos verlas con gran profundidad de campo por lo que se aprecia claramente la topografía, siendo una imagen de aspecto caso tridimensional.

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Otro detector que podemos integrar al MEB es el “de electrones retrodispersados”, que también proporciona información mediante imágenes sobre la diferencia entre los compuestos químicos presentes en la muestra. No nos indica qué compuestos químicos están presentes, sino si son diferentes. A este tipo de análisis se lo suele llamar “de contraste químico”. En este caso, las imágenes resultantes suelen ser más planas que las obtenidas con el detector de electrones secundarios, mostrando cada tipo de compuesto con un tono de gris diferente. A menudo se toman simultáneamente para complementar la información.

El tercer detector es el “Espectrógrafo de energías dispersivas de rayos X” (EDS por sus siglas en inglés). Este dispositivo permite identificar qué elementos de la tabla periódica están presentes en la muestra, así como su ubicación y proporción relativa. Este análisis es conocido como “microanálisis elemental”, se considera una especie de “huella digital” gracias a su alta especificidad, basada en fenómenos cuánticos que le dan esa especificidad.

Para que estos análisis sean posibles, la muestra debe reunir ciertos requisitos: ser sólida, seca y conductora de calor y electricidad. Algunos microscopios permiten observar superficies que van desde nanomateriales (partículas menores a 100 nm) hasta muestras de 7 cm de longitud y 5 cm de altura.

En definitiva, la microscopía electrónica de barrido ofrece un análisis no destructivo que requiere solo una pequeña cantidad de muestra, lo que la convierte en una herramienta invaluable en numerosos campos de investigación.

Utilidades

Con la ayuda de un MEB podemos estudiar la morfología, rugosidad, composición química y microanálisis elemental de una pieza. Lo mejor es que toda esta tecnología está disponible acá en Mendoza, sí en nuestra provincia. En el Laboratorio de Microscopía Electrónica de Barrido y Microanálisis (MEByM), perteneciente al instituto de Nivología, Glaciología y Ciencias Ambientales (Ianigla-Conicet Mendoza, en el Parque General San Martín.

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La pregunta que surge es: ¿para qué sirve? Este equipo nos ha permitido estudiar una amplia gama de fenómenos, como las fallas de materiales en prótesis para determinar su origen, la corrosión en superficies de diferentes partes de motores para evaluar su desgaste, e incluso observar cómo la morfología de una célula cancerígena se modifica ante diferentes estímulos. Además, hemos podido investigar si los osteoblastos (células que producen hueso) pueden crecer en superficies tratadas de prótesis, la dilatación y adherencia de los composites en un arreglo dental, o la determinación de residuos de fibras de asbestos en el ambiente, entre muchas otras aplicaciones.

En el ámbito de la investigación científica, este instrumento es una herramienta invaluable para inferir las tecnologías utilizadas en la fabricación de piezas cerámicas o en fundiciones de piezas ferrosas y no ferrosas. Otro ejemplo que mencionaremos es el análisis por MEB para estudiar la distribución de las cerámicas hispánicas en el mundo, lo que aporta conocimientos culturales, sociales y económicos, sólo por nombrar una de las más relevantes colaboraciones internacionales.

Más campos de aplicación se encuentran en la geología, la minería, la gemología, la botánica, la ciencia de los materiales, la numismática científica, la medicina, la industria metal-mecánica que también hacen uso de este instrumento, pero no nos alcanzaría el periódico para mencionar ejemplos.

En definitiva, el límite de aplicabilidad, es “el infinito y más allá” y va a depender del entrenamiento y el conocimiento de quienes operamos estos equipos a la hora de preparar las muestras.

Por último, pero no menos importante, es necesario complementar el análisis con otros métodos para obtener una comprensión completa de la realidad, como si estuviéramos armando un rompecabezas.

*La autora es operadora del MEB /EDS. Magister en Ciencia y Tecnología de los Alimentos.
Licenciada en Química con Orientación Analítica.

Producción y edición: Miguel Títiro - mtitiro@losandes.com.ar