Curiosidades de la física
La idea del microscopio tradicional, de precio elevado, y sus partes bien definidas, como la platina, portaobjetos, rueda de objetivos, etc. puede haber llegado a su fin. Un nuevo dispositivo que se construye con el simple recorte de una hoja de cartón y coste inferior a un euro, ha sido ideado recientemente por el bioingeniero Manu Prakash (Stanford) y dos de sus colaboradores. El resultado: más de 1000 aumentos proporcionados por una bola de zafiro de menos de un milímetro de diámetro. La idea parte del primer microscopio ideado por el holandés Antoni Van Leeuweenhoek a finales del XVII.
The foldscope: un fantástico microscopio de bolsillo por 0,32 euros
Lente convexa…
Para distinguir los detalles de un objeto debemos acercarlo al ojo lo máximo posible para aumentar el ángulo de visión. La distancia óptima es conocida como «punto próximo», que es la menor a la que nuestro ojo puede adaptarse, sobre unos 25 cm. Ya que la resolución angular del ojo en el centro del campo visual es de un minuto de arco, no nos será posible distinguir detalles de menos de 50 micrómetros.
Distancia focal
Una manera de mejorar la resolución es a través de una lupa (lente delgada con caras convexas). Se coloca el objeto en el plano focal para que los rayos que la atraviesan emerjan paralelos. De esta manera el ojo no tiene que adaptarse. La distancia entre el objeto y la lupa es lo que va a determinar el ángulo bajo el que se apreciará. O sea, la distancia focal. El aumento se obtiene del cociente entre el punto próximo y dicha distancia. Para mejorar esa resolución podemos servirnos de una lupa: una lente delgada de caras convexas. Suele utilizarse colocando el objeto en el plano focal, de modo que los rayos que la atraviesen emerjan paralelos y el ojo no tengo que adaptarse. En esta situación, lo que determina el ángulo bajo el cual se ve el objeto es la distancia entre este y la lupa; es decir, la distancia focal. El aumento viene dado por el cociente del punto próximo y dicha distancia.
Si deseamos un campo de observación amplio, la lente debe ser de poca curvatura y grande. Con una distancia focal de cinco centímetros obtenemos cinco aumentos. De este modo conseguimos que el ojo no deba hacer un nuevo esfuerzo, pero sin embargo no permite conseguir un aumento mucho mayor. Para apreciar detalles más limpiamente solo podremos acercar el ojo a la lupa lo máximo posible, técnica que los relojeros conocen bien.
… y luego esférica
Con esta disposición, el aumento es equiparable al de la primera, pero el campo de observación será mayor. Sacrificando este último, podremos conseguir más aumentos. ¿Cómo? Incrementando en la medida de lo posible la curvatura de la lente, ya que así reduciremos la distancia focal. Una solución pasa por emplear una lente esférica: bola de vidrio. Sin embargo, cuando iluminamos una esfera con rayos paralelos, estos no convergen en un solo punto, sino que se parecen a lo largo de un segmento. Dicho efecto, llamado » aberración esférica», está causado por los rayos más alejados del eje óptico, el que pasa por el centro de la bola.
La solución más ingeniosa se la debemos a Henry Coddington, óptico inglés del siglo XIX que dejaría su nombre a un tipo de lupa. Esta se obtiene eliminando parcialmente el vidrio de la esfera y dejando solo un pequeño cilindro central. Dado que la distancia focal de una esfera de vidrio ordinario, 1,5 veces el radio, una bola de unos dos o tres centímetros de diámetro nos permitirá conseguir entre 10 y 20 aumentos.
Más de mil aumentos
Con todo, semejantes valores siguen quedando lejos de lo que nos ofrece un microscopio. ¿Y si dejásemos el diámetro de la bola a menos de un milímetro para llegar a las 300 aumentos? Eso fue lo que logro Leeuwenhoek. Su maestría en el trabajo de vidrio le permitió lograr bolas de excelente calidad, probablemente gracias a la técnica de la gota fundida (fundir la punta de un hilo fino de vidrio y obtener una gota perfectamente esférica aprovechando la tensión superficial del líquido).
La segunda proeza de Leeuwenhoek fue construir un dispositivo mecánico para colocar la muestra y situarla a una distancia igual o inferior de la focal; es decir, una fracción de milímetro microscopio, la bola, engastada en una lámina metálica, permanece inmóvil, mientras que la muestra se fija a la cabeza de un alfiler que se desplazan mediante dos tornillos. Hasta entonces con arrimar el instrumento al ojo y ponerlo de cara la luz. Gracias a este microscopio tosco pero de prestaciones inigualadas durante decenios, Leeuwenhoek descubrió universo de vida microscópica.
En los laboratorios, el microscopio de bolas de vidrio acabaría siendo suplantado por instrumentos mejores, aunque también más complejos. Sin embargo, dada su simplicidad y robustez, el invento de Leeuwenhoek sigue vivo entre los aficionados a la ciencia. También se ha beneficiado de los avances técnicos: hoy, una bola de zafiro con un índice de refracción de 1,8 y 0,3 milímetros de diámetros permite rozar los 1500 aumentos.
Prakash necesitó una buena dosis de inventiva para construir un sistema adecuado para colocar la muestra y enfocarla. En su << pliegoscopio>> (foldscope en inglés), la bola está integrada en un montaje de papiroflexia hecho de cartón de 0,35 milímetros de espesor. El dispositivo permite situar con precisión la muestra ( colocada sobre la lámina porta portaobjetos de un microscopio clásico) y, jugando con la flexión del papel, asegurar el enfoque a una distancia de tal solo 0,025 milímetros.
El pliegoscopio consta de tres niveles que se desplazan finalmente unos con respecto a otros accionando unas la lengüetas. En el inferior se encuentra la muestra. Delante de él (con respecto al observador) se halla el nivel óptico, al que está sujeta la bola de vidrio, y detrás, el de iluminación, con un simple led alimentando por una pila de botón. El conjunto pesa unos 9 gramos y cuesta menos de un euro (aunque sobre la base de 10000 ejemplares), siendo la bola el componente más caro. Con la esfera de zafiro que mencionábamos más arriba, la resolución alcanza una fracción de micrómetro.
Cabe señalar que aunque los planos del pliegoscopio se encuentran a disposición de todos, su construcción exige una destreza y unas técnicas de experimentación bastante depuradas. Con todo, la invencion de Praskash constituye una alternativa interesante a las promesas de corte más tecnológico que prometen transformar nuestros teléfonos móvil en microscopios, y ha sido considerada por la ayuda que podría prestar a los países pobres para detectar enfermedades infecciosas.
Una lente esférica
Permite obtener un aumento considerable, si bien la imagen se ve afectada por la aberración esférica. Ésta se produce porque los rayos luminosos que inciden paralelos no convergen en un mismo punto. Tal defecto puede corregirse ahuecando parcialmente la lente, de modo que sólo la atraviesen los rayos más cercanos al eje, para los cuales el punto focal se encuentra muy bien definido.
El primer microscopio:
Leeuwenhoek (a) y el pliegoscopio inventado hace poco por el bioingeniero de Stanford Manu Prakash (b) comparten una característica: su elemento óptico es en ambos casos una diminuta bola, de vidrio en el primero y de zafiro en el segundo.
El pliegoscopio consta de un montaje de cartón en el que varias lengüetas permiten colocar con precisión el elemento óptico y la iluminación (un led) con respecto a la muestra.
No quisiera olvidar al acabar el artículo dar las gracias; a todos los científicos y en este caso de modo muy especial a Manu Prakash por su intención con este pliegoscopio de tan sólo 0,32 céntimos de euro, ayudar a los países más desfavorecidos en la salud a causa de los países ricos. También ayuda a la educación en las escuelas. Ahora y siempre gracias Manu Prakash por tu colaboración hacia un mundo mejor y evolucionado con tu humildad.
EL ORIGEN DEL MICROSCOPIO
Viajemos en el tiempo
Y piensa en aquel momento en el que por primera vez se pudo ver: un glóbulo rojo, una bacteria o un espermatozoide.
50 Gramos de latón dan para…
Van Leeuwenhoek construyó diminutas lentes de aumento biconvexas montadas sobre platinas de latón, que se sostenían muy cerca del ojo. Con ellas, el mercader de baños podía ampliar hasta 300 veces objetos pequeños, imperceptibles simple vista, que colocaba sobre la cabeza de un alfiler y luego observaba bajo las lentes. El microscopio rescatado del canal. Pesa 50 gramos, consta de una placas de metal, una lente a través de la que se ve el material biológico como un soporte para el material biológico y tornillos de regulación. Es un ejemplar único entre los que se conservan. Entiéndelo es porque los tres agujeros de la llave- tornillo. Un misterio, o no…
Y es que la historia nos dice que este microscopio vino exactamente del fango
Cuando el repartidor del servicio de mensajería llamo a su puerta, la vida del doctor Tomás Camacho cambio para siempre. Al médico se le aceleró el pulso, la respiración; rápida y superficial, sus manos temblaban nada más ver el remitente de aquel humilde paquetito mal embalado y de aspecto vulgar que le acababa de llegar. Aunque el repartidor no lo sabía, aquel sencillo envoltorio que estaba entregando y que había recorrido media Europa dando tumbos de camión en camión de reparto – contenía un singular tesoro, valorado en más de medio millón de euros… y cuyo vendedor había ofrecido en internet por apenas un billete de cincuenta euros.
Nada más cerrar la puerta, el doctor abrió el paquete con dedos temblorosos y suspiró aliviado. Allí, apenas más grande que la palma de su mano, estaba su adquisición: uno de los primeros microscopios jamás fábricados. Era un aparato de aspecto arcaico pero lleno de historia, pues con él se había visto por primera vez un glóbulo rojo, un espermatozoide o una bacteria. Se creía perdido desde hacía siglos y por razones del destino había acabado en su poder por una cantidad ridícula de dinero comparado con su precio real. Un auténtico tesoro que habría pasado desapercibido de no ser por su entrenado ojo de experto coleccionista.
Tiremos más de historia
Sin embargo, esta historia comienza realmente mucho antes, en Delf, una pequeña ciudad del interior de Holanda, una mañana fría y con el cielo encapotado sin dar lugar a un alegre rayo de sol año exacto siendo 1667. Allí, en una cuidada hasta el máximo detalle y con olor a rosas lejanas y tulipanes frescos, café recién hecho y marihuana recién cortada, dicha casa situada al lado de uno de los múltiples canales que la atraviesan, vive Anton van Leeuwenhoek, un mercader de paño de genio muy vivo que se gana la vida vendiendo seda, lana y algodón, la marihuana no le alcanzaba como para venderla, «se la fumaba directamente». Como todos los pañeros, Leeuwenhoek tiene que comprobar la calidad de los tejidos que venden y para ello usa lentes de aumento que les permiten ver las trampas de las telas. Unos años antes había viajado a Londres y allí había descubierto los avances en la investigación de la óptica, todavía en pañales, así que ni corto ni perezoso, este mercader había decidido fabricarse él mismo sus propias lupas; vamos, lo que viene siendo un emprendedor en el pasado.
Leeuwenhoek nunca llegó a sospechar el que sus lentes resultarían buenas, extraordinarias realmente… tanto que superaban cualquier otra cosa existente hasta el momento. Es fácil imaginarse su sorpresa cuando a través de su lente, posiblemente al pincharse accidentalmente un dedo, vio unos diminutos cuerpos en la gota de sangre, que resultaron ser glóbulos rojos. O cuando, espoleado por la curiosidad, enfocó con su objetivo un vaso de agua turbia sacada del canal y descubrió pequeños organismos nadando en ella que resultaron ser bacterias.
Momentazo histórico para la historia de la ciencia que yo personalmente daría lo que fuese por estar ahí exactamente en ese momento, pero volvamos al asunto que nos lleva aquí. Era la primera vez en la historia que un hombre podía ver todo ese mundo oculto a nuestros ojos y el primero en lograrlo había sido un humilde e inteligente pañero de una pequeña ciudad holandesa. Sin darse cuenta, Leeuwenhoek había inventado el origen del microscopio moderno.
Él era íntimo amigo de Johannes Vermeer, el pintor de (La joven de la perla) hizo varias cosas al darse cuenta de lo que tenía entre manos. La primera, poner por escrito sus descubrimientos y comunicárselo a la Royal Society de Londres y la segunda, embarcarse en una búsqueda constante para perfeccionar su invento. Pero ya hemos hablado de que Leeuwenhoek era un hombre de genio vivo. Cuando las cosas no salían como él quería, solía tener violentas explosiones de furia en las que los objetos que tenía a mano, literalmente, volaban. Y eso es lo que le pasó al microscopio de nuestra historia.
Sin juzgar en este caso su personalidad, aquella mañana se deshizo de todo lo que tenía sobre la mesa, incluido el microscopio y, lo arrojó por la ventana que daba el canal con un chapoteo todos aquellos objetos se hundieron en el agua hasta acabar en el cieno del fondo, Far from your eyes for always. Nunca sabremos si se arrepintió de su acto estúpido, pero sin embargo, el microscopio yacía perdido en el fondo del canal para siempre. What, the end?.
Do not, follow me
Nos remitimos a 1981. Dos aburridos operarios manejaban una draga con la que sacan toneladas del oro del fondo de los canales de Delft. El Ayuntamiento, después de ver como los viejos canales se han ido con mando con el paso de los años, han decidido retirar todo el cieno centenario que se acumula en el fondo.
En una de las paladas que la draga saca del canal, por un breve instante, asoman una serie de cachivaches que llevan siglos dormidos bajo las aguas. Sí el operario que manejaba la grúa hubiese estado más atento podría haberse hecho rico de golpe, pero en aquel momento su mirada estaba en otro lado. Sí el conductor del camión que llevaba el cieno hasta un descampado hubiese sentido la necesidad de echar un vistazo a lo que estaba transportando, habría tenido el golpe de suerte más grande de su vida. Pero tampoco fue así, «estarían quizás en la luna de Valencia».
El cieno, con el microscopio y los otros objetos de Leeuwenhoek fue arrojado sin ceremonias en el lugar que en el futuro ocuparía un parque, «manda huevos». La hierba comenzó a crecer sobre el fango reseco y con el paso de los años familias enteras jugaban, comían, fumaban marihuana o paseaban sobre aquel prado, sin saber que debajo de ellos, a tan sólo unos centímetros de profundidad, reposaba uno de los artefactos más buscados y caros de la historia de la ciencia.
Han pasado varias décadas y estamos ya en la actualidad. Señor más listo que el hambre; vecino de Delft paseaba por el parque con su detector de metales, como acostumbraba a hacer desde hace un par de años. Sabe que el terreno sobre el que camina ha salido del fondo de los canales y que por eso está repleto de viejos restos, que después desentierra y vende en eBay. No suele sacar mucho por ellos (no suelen ser más que viejas monedas oxidadas o botones) pero es un pequeño y suculento negocio para él. De repente su detector emite un suave pitido al pasar por una zona. El hombre clava su pala en el suelo y en unos minutos tiene en sus manos un viejo tintero, un puñado de monedas, un compás…. y un extraño artefacto que no puede identificar, demasiado pequeño como para hacer algo interesante. Quizás pensaron que era una pieza rota de un mecanismo o algún chisme de pintura. Nada valioso ni especial.
Al volver a su casa, le saco unas fotos al botín de ese día y las subió a la sube de eBay, confiando en que alguien esté interesado en pujar por ese poco apetitoso lote rescatado del fango. Para animar la compra, le pone un precio de salida bajo: cincuenta euros. A varios miles de kilómetros de allí, en Vigo, el doctor Tomás Camacho, es un médico especialista de toxicología, paseaba rutinariamente su mirada por las ofertas de eBay. Coleccionaba microscopios desde que le regalaron su primera pieza en Harvard y con el paso de los años ha ido juntando una impresionante colección de más de doscientos ejemplares. De vez en cuando continúa buceando por la red con la esperanza de ver algo que el resto de coleccionistas (no más de 300 de todo el mundo) hayan pasado por alto.
De repente su inspiración se detiene y su corazón se acelera sudando la frente y las manos. No es posible. En su pantalla puede ver como un holandés ha puesto a la venta un lote de quincalla por cincuenta euros. Tomás se frota los ojos en ese momento totalmente incrédulo. Entre toda esa chatarra está algo que sólo ha visto en fotografías, algo que se le parece a uno de los microscopios originales de Leeuwenhoek, solo que torcido y sucio; pero que sin dudarlo ni un solo instante estuvo seguro que era el microscopio original. Porque exactamente estaba seguro qué hay únicamente 9 en el mundo y el último se vendió el 2009 por medio millón de euros.
De inmediato sospecha que es una falsificación y mueve el ratón para cerrar la página, pero sin embargo su mano se detenía justo antes de hacer clic: -no le encuentro ninguna lógica al falsificar algo para venderlo por tan poco precio- Y además,
Ningún sentido le encuentran el momento, vender de esa manera, medio desmontado y mezclado entre trastos de poco valor, no llega a entender nada de modo lógico. Tras pensarlo de nuevo, Tomás decide hacer una oferta por el lote, por un importante algo más elevado que el precio de salida que le pide el vendedor para asegurarse la compra. «Si al final me equivoco o es una estafa…» piensa «… tampoco habré perdido demasiado dinero. Pero si no es así, «bendita sea mi suerte».
En Delft, una campanita suena en el ordenador del hombre que ha desenterrado el lote. Un comprador desde España le ofrece una cantidad generosa por los objetos, algo más elevada que el precio de salida. Temeroso de que el comprador se arrepienta, decide cerrar la compraventa de inmediato. Un rato más tarde, recibe un aviso del banco de que han realizado un ingreso desde España en su cuenta.
Resultando ser que acaba de perder una fortuna a cambio de un puñado de euros y ni siquiera lo sabe. Pero como todo en la vida antes o después, «la mierda te cae encima».
Horas más tarde, el hombre empieza a recibir llamadas, de coleccionistas de todo el mundo. Siente como el sudor recorre su espalda, cuesta abajo y sin frenos a medida que le van ofreciendo cantidades cada vez mas mareantes por aquel extraño artefacto que desenterró en el parque » ¿Un microscopio? ¿Cómo diablos iba a saberlo? ¡Si ni siquiera parece un microscopio! ¡Todo esto es una cadena de confusiones! ¡En mi cuenta ya me han ingresado más de lo que he pedido y, ahora no entiendo nada! ¡ lo peor todavía está por llegar; la ventana ya está cerrada y no puede echarse atrás, pese a que lo intenta a pesar de todo. Primero simula haber perdido el aparato («mi mujer lo tiro a la basura sin querer», le cuenta a Camacho en un correo), pero no cuela. Un despacho de abogados de Londres y el Gobierno holandés entran en liza.
Si intenta vender el microscopio de Leeuwenhoek a otro comprador, irá a la cárcel por estafa, le avisan. No le queda más alternativa que claudicar a regañadientes y por fin envía por correo ordinario, como si fuese un traje viejo, uno de los objetos más valiosos de la historia de la ciencia a su nuevo propietario.
Esta misma semana, el doctor Camacho posa sonriente al lado de su microscopio, en el Museo Galego de Historia Natural, donde está expuesta su colección. La vieja pieza de Leeuwenhoek arrojo al canal en un rapto de furia brilla suavemente bajo los focos. Tomás, un hombre afable inteligente y su mujer, Estrella, han decidido que toda su colección debe ser accesible al público de manera gratuita, incluido el pequeño microscopio.
Ha recibido ofertas millonarias por él, pero se niega a venderlo. Sostiene, con una firmeza impecable y totalmente digna, que forma parte de la historia de la ciencia y que debe estar al alcance de todo el mundo. «Y yo que se lo agradezco». Por eso, desde que le pertenece, el artefacto de Leeuwenhoek ha recorrido varios países y museos, arrastrando a miles de curiosos a verlo. A partir de marzo, estará en Burgos, en el Museo de la Evolución Humana, siguiendo su periplo por todo el mundo. La aventura del microscopio, que empezó una mañana húmeda y oscura donde las haya, cuyos hechos ocurrieron hace tres siglos a la orilla de un canal de Delft, todavía tiene capítulos que escribir, pero desde luego hoy no podría estar en mejores manos.
No olviden que este año a partir de marzo estarán en Burgos, en el Museo de la Evolución Humana. Somos historia, somos nuestros recuerdos, somos nuestras experiencias…
elsemanaldepenelope 