Por que usar elétrons
A capacidade de separar dois pontos próximos depende do comprimento de onda da radiação usada. A luz visível tem comprimentos de onda relativamente grandes, o que limita o detalhe que um microscópio óptico consegue mostrar. Os elétrons, quando acelerados, comportam-se como ondas com comprimento de onda muito menor.
Isso abre a possibilidade de enxergar estruturas muito menores, como detalhes de organelas, membranas e até partículas virais. A contrapartida dessa vantagem é a complexidade: o instrumento é grande, exige condições especiais de operação e uma preparação cuidadosa das amostras.
O feixe e a amostra precisam estar em vácuo, porque moléculas de ar desviariam os elétrons e prejudicariam a imagem. Esse é um dos motivos pelos quais, nesses microscópios, não se observam organismos vivos em funcionamento.
Das primeiras ideias ao instrumento
O primeiro microscópio eletrônico foi construído na Alemanha, em 1931, por Ernst Ruska e Max Knoll. Era um protótipo de ampliação modesta. Em 1933, Ruska montou um instrumento que, pela primeira vez, mostrou mais detalhe do que um microscópio óptico. Em 1986, ele recebeu metade do Prêmio Nobel de Física pelo trabalho em óptica eletrônica e pelo projeto do primeiro microscópio eletrônico. A partir daí, o instrumento passou a ser desenvolvido e aperfeiçoado, e se tornou uma ferramenta central em biologia celular.
Esse avanço mudou o que se sabia sobre as células. Estruturas antes apenas suspeitas ou vistas de forma vaga passaram a ser descritas com muito mais detalhe, e a organização interna das células ganhou um novo vocabulário.
Durante o século XX, os microscópios eletrônicos passaram a ser usados para estudar vírus, bactérias e a estrutura de células de animais e plantas. Muitos termos que hoje aparecem nos livros de biologia celular, como retículo endoplasmático, foram descritos ou aprofundados com ajuda dessa técnica.
Transmissão: olhar através da amostra
No microscópio eletrônico de transmissão, o feixe de elétrons atravessa a amostra. Regiões que deixam passar mais elétrons aparecem claras na imagem, e as que bloqueiam mais aparecem escuras. A imagem final é uma espécie de sombra detalhada do interior da amostra, vista em duas dimensões.
Para que o feixe atravesse, a amostra precisa ser extremamente fina, bem mais fina do que um corte feito para o microscópio óptico. Isso exige técnicas especiais de fixação, inclusão em material firme e corte com instrumentos de grande precisão. O método é indicado para ver o interior de células, organelas e partículas.
As lentes, nesse caso, são bobinas que geram campos magnéticos. Ao ajustar a corrente que passa por elas, o operador altera o caminho dos elétrons e controla o foco. Em vez de girar uma roda, muda-se uma corrente elétrica.
Varredura: o relevo da superfície
No microscópio eletrônico de varredura, o feixe percorre a superfície da amostra ponto a ponto, como uma leitura linha por linha. Em cada ponto, são detectados elétrons que saem da superfície, e o conjunto dessas medidas forma a imagem. O resultado dá a impressão de relevo, com sombras e profundidade.
Essa técnica é muito usada para ver a forma externa de células, de pequenos organismos, de pólen e de fibras. As amostras costumam ser secas e, quando não conduzem eletricidade, recebem uma cobertura muito fina de material condutor para evitar acúmulo de carga durante a observação.
O sinal usado depende do modo de operação. Em um deles, os elétrons detectados são os que a própria amostra emite ao ser atingida pelo feixe, e eles trazem informação sobre o relevo. Em outro, os elétrons detectados são os que voltam espalhados, e eles trazem informação sobre a composição do material. As duas leituras se complementam.
O que as imagens mostram e o que não mostram
As imagens de microscopia eletrônica são, em geral, em tons de cinza. Quando aparecem coloridas em livros e na internet, a cor foi acrescentada depois, por computador, para facilitar a leitura. Ela não é a cor da amostra, e vale checar na legenda se a imagem foi colorizada.
Também é preciso lembrar que a amostra é preparada para suportar o vácuo e o feixe. Em geral, ela passa por fixação e desidratação, o que significa que não se observa uma célula viva em funcionamento. A imagem mostra uma estrutura preservada, e o preparo pode introduzir alterações que os especialistas aprendem a reconhecer.
Nas imagens de transmissão, para aumentar o contraste, as amostras costumam receber compostos de metais pesados que absorvem mais elétrons em certas estruturas. Esse tratamento faz as membranas e outras estruturas aparecerem escuras e bem definidas. Por isso, o padrão de claro e escuro depende do tipo de preparo.
Outro cuidado é com os artefatos: manchas, rachaduras e deformações que surgem do preparo e não existem na amostra original. Quem interpreta a imagem compara muitas amostras antes de concluir algo.
Como escolher entre os dois
Uma forma simples de pensar: a transmissão responde o que há dentro, e a varredura responde como é por fora. Para estudar a organização de mitocôndrias ou a membrana de uma célula em corte, usa-se a transmissão. Para ver a superfície de uma bactéria, de um grão de pólen ou de um inseto, a varredura é a escolha natural.
Os dois são complementares ao microscópio óptico. A luz permite observar amostras mais espessas e, em alguns casos, vivas. Os elétrons entregam detalhes muito finos. A escolha depende da pergunta que se quer responder, e muitas pesquisas combinam as duas abordagens.
Existe ainda a criomicroscopia eletrônica, em que a amostra é congelada muito rapidamente e observada em baixa temperatura, o que preserva melhor a estrutura de moléculas. Ela é tema de outro artigo desta série.