Microscopio óptico de contraste de fases

Qué es el microscopio de contraste de fases

Una célula viva sin teñir apenas absorbe ni refleja luz: es prácticamente transparente bajo un microscopio óptico convencional, aunque su interior desvíe la luz de forma distinta según la densidad de cada estructura que atraviesa. El microscopio óptico de contraste de fases aprovecha precisamente esa desviación, imperceptible para el ojo, y la transforma en variaciones de brillo que sí se perciben con claridad.

Su nombre describe el principio físico que lo sostiene: contraste de fases, la traducción de un desfase óptico invisible en un contraste de intensidad visible.

Principio físico

Cuando la luz atraviesa una región de la muestra con un índice de refracción distinto al del medio circundante, sufre un desfase de aproximadamente un cuarto de longitud de onda respecto al rayo que no encontró esa estructura. El ojo humano no distingue diferencias de fase, solo diferencias de amplitud o intensidad luminosa, de modo que ese desfase pasa inadvertido en un microscopio convencional.

El microscopio de contraste de fases introduce un anillo de fase en el condensador y una placa de fase en el objetivo, dispuestos para acentuar ese desfase hasta media longitud de onda. Al recombinarse, el haz que atravesó la muestra y el que no lo hizo interfieren entre sí, y esa interferencia se traduce en zonas más oscuras o más claras según la densidad óptica de cada punto observado.

Historia

Frits Zernike, físico neerlandés nacido en Ámsterdam en 1888 y fallecido en Groninga en 1966, llegó al contraste de fases por un camino inesperado: el estudio de las imperfecciones de las redes de difracción, no un trabajo dirigido a la microscopía. Desarrolló el método en 1932, en la Universidad de Groninga, donde ocupó la cátedra de física desde 1920.

Carl Zeiss AG comenzó a fabricar y comercializar los primeros microscopios de contraste de fases en la década de 1940, lo que extendió con rapidez su uso en biología celular. En 1953, la Real Academia Sueca de Ciencias concedió a Zernike el Premio Nobel de Física por la demostración del método de contraste de fases y, en particular, por la invención del microscopio que lleva asociado ese principio.

Aplicaciones y diferenciación

La técnica resulta útil en biología celular, en microbiología para observar la motilidad de bacterias vivas y en histología cuando conviene examinar un corte sin fijar ni teñir. Su ventaja frente a la tinción convencional es clara: no altera ni mata la muestra, de modo que permite seguir un mismo cultivo celular a lo largo del tiempo.

No debe confundirse con la microscopía de fluorescencia, que exige marcar la muestra con moléculas fluorescentes, ni con el microscopio electrónico, que sí requiere fijar la muestra y trabajar en condiciones de vacío incompatibles con la vida celular.

Preguntas frecuentes

¿Por qué no se ve una célula viva con un microscopio óptico normal?

Porque apenas altera la luz que la atraviesa. Una célula sin teñir es casi transparente: absorbe y refleja tan poca luz que el ojo no percibe contraste alguno entre ella y el medio que la rodea.

¿Quién inventó el contraste de fases?

El físico neerlandés Frits Zernike, en 1932, mientras investigaba defectos en redes de difracción ópticas, ajenos en principio a la microscopía.

¿Qué premio recibió Zernike por este descubrimiento?

En 1953 recibió el Premio Nobel de Física, concedido, según la motivación oficial de la Academia sueca, por la demostración del método de contraste de fases y, de manera especial, por la invención del microscopio de contraste de fases. El galardón llegó más de veinte años después del descubrimiento original, cuando la técnica ya se había extendido por buena parte de los laboratorios de biología del mundo.

¿Se puede usar en tejidos fijados y teñidos?

Sí, aunque pierde buena parte de su utilidad: la técnica está pensada para muestras sin teñir, y sobre un tejido ya coloreado el contraste que aporta resulta redundante.

Referencias

1. NobelPrize.org. Frits Zernike, Facts.
2. NobelPrize.org. The Nobel Prize in Physics 1953, Presentation Speech.
3. Britannica. Frits Zernike.
4. Britannica. Microscope: History of optical microscopes.