La escala microscópica (del griego antiguo μικρός ( mikrós ) 'pequeño' y σκοπέω ( skopéō ) 'mirar (a); examinar, inspeccionar') es la escala de objetos y eventos más pequeños que los que se pueden ver fácilmente a simple vista , requiriendo una lente o microscopio para verlos claramente. [1] En física , la escala microscópica a veces se considera como la escala entre la escala macroscópica y la escala cuántica . [2] [3] Las unidades y medidas microscópicas se utilizan para clasificar y describir objetos muy pequeños. Una unidad de escala de longitud microscópica común es el micrómetro (también llamado micrón ) (símbolo: μm), que es una millonésima parte de un metro .
Aunque los microscopios compuestos se desarrollaron por primera vez en la década de 1590, la importancia de la escala microscópica recién se estableció realmente en el siglo XVII, cuando Marcello Malphigi y Antonie van Leeuwenhoek observaron al microscopio pulmones de ranas y microorganismos. A medida que se estableció la microbiología, aumentó la importancia de realizar observaciones científicas a nivel microscópico. [4]
Publicado en 1665, el libro Micrographia de Robert Hooke detalla sus observaciones microscópicas, incluidos fósiles de insectos, esponjas y plantas, que fueron posibles gracias a su desarrollo del microscopio compuesto. Durante sus estudios sobre el corcho, descubrió las células vegetales y acuñó el término " célula ". [5]
Antes del uso del prefijo micro, otros términos se incorporaron originalmente al sistema métrico internacional en 1795, como centi- , que representaba un factor de 10^-2, y mili- , que representaba un factor de 10^-3. [6]
Con el tiempo, la importancia de las mediciones realizadas a escala microscópica creció y, en 1844, el propietario de una empresa de relojes, Antoine LeCoultre, desarrolló un instrumento llamado Millionometer. Este instrumento tenía la capacidad de medir objetos con precisión al micrómetro más cercano. [6]
El comité de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia incorporó el prefijo micro al sistema CGS recién establecido en 1873. [6]
El prefijo micro se añadió finalmente al sistema SI oficial en 1960, reconociendo mediciones que se realizaron a un nivel aún más pequeño, denotando un factor de 10^-6. [6]
Por convención, la escala microscópica también incluye clases de objetos que son generalmente demasiado pequeños para verse pero de los cuales algunos miembros son lo suficientemente grandes para ser observados a simple vista. Dichos grupos incluyen los Cladocera , algas verdes planctónicas de las que Volvox es fácilmente observable, y los protozoos de los cuales stentor puede verse fácilmente sin ayuda. La escala submicroscópica incluye de manera similar objetos que son demasiado pequeños para verse con un microscopio óptico . [2]
En termodinámica y mecánica estadística , la escala microscópica es la escala en la que no medimos ni observamos directamente el estado preciso de un sistema termodinámico; estos estados detallados de un sistema se denominan microestados. En cambio, medimos las variables termodinámicas a una escala macroscópica , es decir, el macroestado . [ cita requerida ]
Como la escala microscópica cubre cualquier objeto que no se puede ver a simple vista, pero que es visible bajo un microscopio, el rango de objetos que caen bajo esta escala puede ser tan pequeño como un átomo, visible bajo un microscopio electrónico de transmisión . [8] Los tipos de microscopios a menudo se distinguen por su mecanismo y aplicación, y se pueden dividir en dos categorías generales. [9]
En los microscopios ópticos, la lente objetivo utilizada determina el tamaño del objeto que se puede ver. Estas lentes objetivo variables pueden cambiar el poder de resolución del microscopio, que determina la distancia más corta a la que alguien puede distinguir dos objetos separados a través de esa lente del microscopio. Es importante señalar que la resolución entre dos objetos varía de un individuo a otro [9] , pero la potencia de las lentes objetivo se puede cuantificar [11] .
En la década de 1660, Antonie van Leeuwenhoek ideó un microscopio sencillo que utilizaba una única lente esférica montada entre dos placas delgadas de latón. Según la calidad de la lente, se podían lograr aumentos de entre 70x y 250x. La muestra a examinar se montaba en una punta sobre una varilla finamente roscada. [12] [13]
Los microscopios ópticos compuestos tienen un objetivo de distancia focal corta que produce una imagen real que se examina utilizando un ocular de distancia focal más larga. La relación entre la distancia focal del objetivo y el ocular, cuando se monta en un tubo de longitud estándar, proporciona un aumento aproximado del sistema. Debido a su diseño, los microscopios compuestos tienen un poder de resolución y un contraste mejorados en comparación con los microscopios simples, [11] y se pueden utilizar para ver la estructura, la forma y la motilidad de una célula y sus organismos, [14] que pueden ser tan pequeños como 0,1 micrómetros. [15]
Si bien los microscopios electrónicos siguen siendo una forma de microscopio compuesto, su uso de haces de electrones para iluminar objetos varía significativamente en mecanismo con respecto a los microscopios ópticos compuestos, lo que les permite tener un poder de resolución mucho mayor y un aumento aproximadamente 10 000 veces mayor que los microscopios ópticos. [14] Estos se pueden utilizar para ver objetos como átomos , que son tan pequeños como 0,001 micrómetros. [1]
Durante las investigaciones forenses, las pruebas de la escena del crimen, como sangre, huellas dactilares y fibras, pueden examinarse minuciosamente con microscopios, hasta el punto de determinar la antigüedad de una traza. Junto con otras muestras, las trazas biológicas pueden utilizarse para identificar con precisión a las personas presentes en un lugar, incluso las células que se encuentran en su sangre. [16]
Para determinar el valor monetario de las gemas, diversas profesiones en gemología requieren la observación sistemática de las propiedades físicas y ópticas microscópicas de las piedras preciosas. [17] Esto puede implicar el uso de microscopios estereoscópicos para evaluar estas cualidades, para finalmente determinar el valor de cada joya o piedra preciosa individual. [18] Esto se puede hacer de manera similar en las evaluaciones de oro y otros metales. [17]
Al evaluar los materiales de las carreteras, la composición microscópica de la infraestructura es vital para determinar la longevidad y la seguridad de la carretera, y los diferentes requisitos de las distintas ubicaciones. Como las propiedades químicas como la permeabilidad al agua, la estabilidad estructural y la resistencia al calor afectan el rendimiento de los diferentes materiales utilizados en las mezclas de pavimento, se tienen en cuenta al construir carreteras según el tráfico, el clima, el suministro y el presupuesto de esa zona. [19]
En medicina , los diagnósticos se pueden realizar con la ayuda de la observación microscópica de biopsias de pacientes , como las células cancerosas. Los informes de patología y citología incluyen una descripción microscópica, que consiste en análisis realizados utilizando microscopios, tinciones histoquímicas o citometría de flujo . Estos métodos pueden determinar la estructura del tejido enfermo y la gravedad de la enfermedad, y la detección temprana es posible a través de la identificación de indicaciones microscópicas de la enfermedad. [21]
Si bien el uso de la escala microscópica tiene muchas funciones y propósitos en el campo científico, hay muchos patrones bioquímicos observados microscópicamente que han contribuido significativamente a la comprensión de cómo la vida humana depende de estructuras microscópicas para funcionar y vivir. [ cita requerida ]
Antonie van Leeuwenhoek no sólo contribuyó a la invención del microscopio, sino que también se le conoce como el "padre de la microbiología". Esto se debe a sus importantes contribuciones en la observación inicial y documentación de organismos unicelulares como bacterias y espermatozoides, y de tejidos humanos microscópicos como fibras musculares y capilares. [22]
También se ha descubierto que la manipulación genética de las mitocondrias reguladoras de la energía bajo principios microscópicos extiende la vida de los organismos, abordando problemas asociados con la edad en los seres humanos, como el Parkinson , el Alzheimer y la esclerosis múltiple . Al aumentar la cantidad de productos energéticos producidos por las mitocondrias, aumenta la vida de su célula y, por lo tanto, del organismo. [23]
El análisis microscópico de la distribución espacial de los puntos dentro de los centrómeros de la heterocromatina del ADN destaca el papel de las regiones centroméricas de los cromosomas en los núcleos que atraviesan la parte interfásica de la mitosis celular . Estas observaciones microscópicas sugieren que la distribución no aleatoria y la estructura precisa de los centrómeros durante la mitosis son un factor vital para el funcionamiento y el crecimiento celular exitosos, incluso en las células cancerosas. [24]
La entropía y el desorden del universo se pueden observar a escala microscópica, con referencia a la segunda y tercera leyes de la termodinámica . En algunos casos, esto puede implicar calcular el cambio de entropía dentro de un recipiente de moléculas de gas en expansión y relacionarlo con el cambio de entropía de su entorno y el universo. [26]
Los ecólogos monitorean el estado de un ecosistema a lo largo del tiempo mediante la identificación de características microscópicas dentro del entorno. Esto incluye la temperatura y la tolerancia al CO2 de microorganismos como los ciliados y sus interacciones con otros protozoos. Además, se pueden observar factores microscópicos como el movimiento y la motilidad en muestras de agua de ese ecosistema. [27]
Las ramas de la geología se ocupan del estudio de la estructura de la Tierra a nivel microscópico. Se registran las características físicas de las rocas, y en la petrografía hay un enfoque específico en el examen de los detalles microscópicos de las rocas. De manera similar a los microscopios electrónicos de barrido, las microsondas electrónicas se pueden utilizar en petrología para observar la condición que permite que se formen las rocas, lo que puede informar sobre el origen de estas muestras. En la geología estructural , los microscopios petrográficos permiten el estudio de las microestructuras de las rocas, para determinar cómo las características geológicas, como las placas tectónicas, afectan la probabilidad de terremotos y el movimiento de las aguas subterráneas. [28]
Se han producido avances en la tecnología microscópica y descubrimientos en otras áreas del conocimiento como resultado de la tecnología microscópica. [30]
Junto con el marcado fluorescente, se pueden estudiar los detalles moleculares de proteínas amiloides singulares mediante nuevas técnicas de microscopía óptica y su relación con las enfermedades de Alzheimer y Parkinson. [31]
Otras mejoras en la microscopía óptica incluyen la capacidad de ver objetos de tamaño nanométrico y de longitud de onda inferior. [32] La obtención de imágenes a nanoescala mediante microscopía de fuerza atómica también se ha mejorado para permitir una observación más precisa de pequeñas cantidades de objetos complejos, como las membranas celulares . [33]
Los patrones microscópicos coherentes descubiertos en sistemas químicos respaldan las ideas sobre la resiliencia de ciertas sustancias frente a entornos entrópicos . Esta investigación se está utilizando para informar sobre la producción de combustibles solares y la mejora de la energía renovable. [35]
También se ha desarrollado mediante micromecánica un instrumento musical microscópico llamado Micronium , que consiste en resortes del grosor de un cabello humano que se arrancan mediante peines microscópicos. Se trata de un movimiento mínimo que produce un ruido audible para el oído humano, algo que no se había logrado con los intentos anteriores con instrumentos microscópicos. [36]
Llamaremos a un sistema
"
microscópico
" (es decir,
"
de pequeñaescala") si tiene dimensiones aproximadamente atómicas o
más pequeñas (digamos del orden de 10
Å
o menos).
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