Microscopio de luz polarizada

La luz polarizada es una técnica de mejora del contraste que mejora la calidad de la imagen obtenida con materiales birrefringentes en comparación con otras técnicas como la iluminación de campo oscuro y campo brillante, el contraste de interferencia diferencial, el contraste de fase, el contraste de modulación de Hoffman y la fluorescencia. Los microscopios de luz polarizada tienen un alto grado de sensibilidad y pueden utilizarse para estudios cuantitativos y cualitativos de una amplia gama de muestras anisótropas. La microscopía polarizada cualitativa es muy popular en la práctica, y se le dedican muchos libros. En cambio, los aspectos cuantitativos de la microscopía de luz polarizada, que se utiliza sobre todo en cristalografía, es un tema mucho más difícil que suele estar reservado a geólogos, mineralogistas y químicos. Sin embargo, los progresos constantes de los últimos años han permitido a los biólogos estudiar la naturaleza birrefringente de muchos conjuntos subcelulares anisótropos.

Microscopio de luz polarizada

El microscopio de luz polarizada está diseñado para observar y fotografiar especímenes que son visibles principalmente por su naturaleza ópticamente anisotrópica. Para llevar a cabo esta tarea, el una parte del microscopio debe estar equipado con un polarizador, colocado en la trayectoria de la luz en algún lugar delante de la muestra, y un analizador (un segundo polarizador; véase la figura 1), colocado en la trayectoria óptica entre la apertura posterior del objetivo y los tubos de observación o el puerto de la cámara. El contraste de imágenes es el resultado de la interacción de la luz polarizada en el plano con una muestra birrefringente (o doblemente refractiva) para producir dos componentes de onda individuales que se polarizan en planos mutuamente perpendiculares. Las velocidades de estos componentes, denominados frentes de onda ordinarios y extraordinarios (figura 1), son diferentes y varían en función de la dirección de propagación a través de la muestra. Después de salir de la muestra, los componentes de la luz están desfasados, pero se recombinan con interferencias constructivas y destructivas al pasar por el analizador. Estos conceptos se describen en la figura 1 para el campo de frente de onda generado por una muestra birrefringente hipotética. Además, la figura ilustra los componentes ópticos y mecánicos esenciales de un moderno microscopio de luz polarizada.

Microscopía de luz polarizada

La microscopía de luz polarizada puede proporcionar información sobre el color de absorción y los límites del camino óptico entre minerales de diferentes índices de refracción, de forma similar a la iluminación de campo brillante, pero la técnica también puede distinguir entre sustancias isotrópicas y anisotrópicas. Además, la técnica de mejora del contraste explota las propiedades ópticas específicas de la anisotropía y revela información detallada sobre la estructura y la composición de los materiales, lo que resulta muy valioso para la identificación y el diagnóstico.

Los materiales isotrópicos, que incluyen una variedad de gases, líquidos, vidrios no ligados y cristales cúbicos, presentan las mismas propiedades ópticas cuando se les sondea en todas las direcciones. Estos materiales tienen un único índice de refracción y no tienen restricciones en la dirección de vibración de la luz que los atraviesa. En cambio, los materiales anisótropos, que constituyen el 90% de los sólidos, tienen propiedades ópticas que varían en función de la orientación de la luz incidente con respecto a los ejes cristalográficos. Tienen una gama de índices de refracción que dependen tanto de la dirección de propagación de la luz a través de la sustancia como de las coordenadas del plano de vibración. Y lo que es más importante, los materiales anisótropos actúan como divisores del haz y dividen los rayos de luz en dos componentes ortogonales (como se muestra en la figura 1). La técnica de la microscopía de polarización aprovecha la interferencia de haces de luz separados que se encuentran a lo largo de la misma trayectoria óptica para extraer información sobre los materiales anisótropos.

La microscopía de polarización es quizás más conocida por sus aplicaciones en las ciencias geológicas, que se centran principalmente en el estudio de los minerales en secciones finas de roca. Sin embargo, una gran variedad de otros materiales pueden examinarse fácilmente con luz polarizada, incluidos los minerales naturales e industriales, los compuestos de cemento, la cerámica, las fibras minerales, los polímeros, el almidón, la madera, la urea y una serie de macromoléculas biológicas y grupos estructurales. La técnica puede utilizarse con éxito tanto cualitativa como cuantitativamente, y es una herramienta única para la ciencia de los materiales, la geología, la química, la biología, la metalurgia e incluso la medicina.

Aplicaciones de la microscopía de luz polarizada

Las ventajas de la microscopía de luz polarizada se ilustran mejor con estudios de casos concretos y las imágenes que los acompañan. Todas las imágenes de esta sección se tomaron con un microscopio accesorio polarizador, un instrumento de investigación diseñado para estudios analíticos. Como se ha descrito anteriormente, la microscopía de luz polarizada se utiliza en diversas disciplinas, como la medicina, la biología, la geología, la ciencia de los materiales y la industria alimentaria. Las muestras que pueden examinarse fácilmente mediante la polarización cruzada proceden de diversas fuentes naturales y sintéticas e incluyen cristales de gota, amiloide, tejido muscular, dientes, minerales, cristales sólidos, cristales líquidos, fibras, lípidos, vidrios, cerámicas, metales y aleaciones.

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