Desde a época de Aristóteles já reconheciam que muitos seres vivos eram formados por órgãos, entretanto a existência de células como componente desses órgãos era desconhecida.
Galileu Galilei viveu de 1564 a 1642, era matemático, astrônomo e físico italiano. É considerado o fundador do método experimental e defendeu a teoria copernicana de um universo heliocêntrico (o Sol como o centro do Universo) e de uma Terra móvel, com isso foi muito criticado, pois suas idéias e teorias eram contrárias às produzidas na Bíblia, portanto foi julgado e condenado em 1633 e teve que abjurar perante a Inquisição.
Em 1609 Galileu Galilei criou o telescópio com um tubo e duas lentes convexas, logo foi a primeira pessoa a aplicar o telescópio no estudo dos céus. Descobriu que a partir da disposição de duas lentes em um tubo, quando observado através de uma das extremidades provocaria a visualização pormenorizada de objetos distantes (telescópio) e quando observado pelo lado oposto, obtinha a visualização de objetos pequenos, invisíveis a olho nu (microscópio). Com essa descoberta estabeleceu-se uma transição entre o imensamente grande e o infinitamente pequeno.
Com a Revolução Industrial, no século XVII a tecnologia se torna essencial para a sociedade, portanto ocorre a “Revolução Científica” que atribuiu maior valor a experimentação, com isso a construção e o aperfeiçoamento de instrumentos laboratoriais como, por exemplo, o microscópio era fundamental para o desenvolvimento da ciência, mas a investigação científica não é uma atividade neutra e imparcial, pois é influenciada por características da sociedade, como a cultura e a política da época, portanto a ciência e a sociedade desenvolveram-se em conjunto.
Os irmãos holandeses Francis e Zacharias Janssens construíram o primeiro microscópio óptico composto em 1590.
O inglês Robert Hooke viveu de 1635 a 1703, era filho de um homem do clero e foi educado em casa pelo pai. Entrou no colégio de Westminster com trinta anos de idade e passou para a Universidade de Oxford, onde alguns dos melhores cientistas da Inglaterra estariam a trabalhar na altura. Sua habilidade e perícia para a construção de equipamentos e elaboração de protocolos impressionaram os melhores cientistas, logo se tornou assistente do químico Robert Boyle. Em 1665, Robert Hooke publicou os resultados de suas investigações realizadas para a Royal Society de Londres, no livro “Micrographia”.
Robert Hooke fabricou um microscópio óptico muito mais aperfeiçoado em comparação ao de Janssens, e o utilizou para examinar um pedaço de cortiça, onde observou inúmeras cavidades microscópicas que lembram a disposição de um favo de mel, denominadas de “poros” ou “células”. Nessa descrição o termo “célula” que significa pequena cela é utilizado pela primeira vez para designar as pequenas cavidades observadas na cortiça; no entanto Robert Hooke viu somente as paredes esqueléticas sem antever a sua natureza real e a sua individualidade, portanto ele não supôs que o essencial era o conteúdo da célula e não o material que limita a cavidade da mesma. A parir de seus trabalhos muitos cientistas utilizaram o microscópio para a observação de material biológico.
No início do século XVII, os microscópios compostos eram comuns na Europa, mas produziam imagens de péssima qualidade devido a aberrações cromáticas produzidas pelas lentes, com isso diversos investigadores preferiam usar os microscópios simples, que são construídos com apenas uma lente cuidadosamente polida.
Antony van Leeuwenhoek viveu de 1632 a 1723, era um cientista invulgar, veio de uma família de comerciantes, nunca teve fortuna, não recebeu formação universitária e não sabia outra língua além do holandês, seu pai fazia cestos e sua a mãe vinha de uma família de cervejeiros.
Apesar de suas condições pouco favoráveis ao estudo, Antony van Leeuwenhoek realizou algumas das mais importantes descobertas na história da biologia, com sua perícia, curiosidade infinita, uma mente aberta e livre dos dogmas científicos da época.
Em 1648 Antony van Leeuwenhoek, foi aprendiz numa loja de negociantes de linho e mais tarde aderiu ao negócio dos tecidos. Em 1668 aprendeu a polir lentes, pois costumava usar uma lupa para avaliar a qualidade dos tecidos, e fez assim o seu primeiro microscópio. Alguns estudiosos defendem a ideia de que ele foi inspirado pelo trabalho de Robert Hooke, após ter visto a capa de uma cópia do “Micrographia” em uma livraria.
Antony van Leeuwenhoek abandonou o uso de microscópios compostos após algumas experiências, já que com os mesmos não era possível executar uma ampliação da imagem superior a vinte ou trinta vezes. Esse fato o levou a construir, a partir de sua perícia no polimento de lentes, um microscópio óptico simples com apenas uma lente de boa qualidade que ampliava a imagem mais de duzentas vezes. Assim tornou-se pioneiro na observação de diferentes espécies microscópicas como protistas, algas e bactérias, as quais desenhou e enviou à Royal Society de Londres.
Alguns destes seres microscópicos observados apresentam grandes homologias com os seres humanos, como é o caso da existência de sistema digestivo. Atualmente, os microrganismos observados no microscópio óptico composto, são muito diferentes dos observados por Leeuwenhoek.
Os seus microscópios eram individualmente feitos para cada amostra e alguns dos seus “infinitamente pequenos” eram observados com uma ampliação de cerca de trezentas vezes; fato considerável mesmo em comparação com alguns instrumentos modernos. O microscópio de Hooke, apesar de ser composto com uma lente ocular e uma objetiva, possuía apenas um poder ampliador de 30 vezes.
Apesar do microscópio de Leeuwenhoek ter capacidade de ampliar mais de duzentas vezes, os conhecimentos científicos da época relativos aos microrganismos ainda eram muito rudimentares. Assim estabeleciam-se algumas homologias com a anatomia humana, pois esta era bem conhecida. Além deste aspecto, os cientistas encontravam-se sob pressão da religião e quando faziam descobertas que iam contra as noções bíblicas tinham receio de serem condenados e ridicularizados perante a sociedade.
Acompanhando o desenvolvimento da mecânica fina em meados de século XVIII, Cuff passa do uso da madeira e couro para o metal, reunindo pela primeira vez a focalização por parafuso, platina para amostras, espelho para luz transmitida e refletida em um instrumento que permitem equivalência com a disposição moderna.
Inevitavelmente, o estilo artístico da época conhecido como rococó não poderia ter deixado de influenciar o aperfeiçoamento do microscópio. Este estilo desenvolvido na França a partir dos primeiros anos do séc. XVIII, expandiu-se para a Alemanha, Áustria e posteriormente para os demais países da Europa. Caracterizou-se pelo abandono da austeridade e solenidade do barroco, em favor de uma linguagem mais requintada e sensual, na qual o ornamento assumiu um papel fundamental.
O microscópio construído pelos irmãos Adams para o Rei George III, foi feito em prata e querubins e possuía uma qualidade óptica frágil.
Após estas primeiras descobertas, os estudos microscópicos progrediram muito pouco, e nos duzentos anos seguintes nenhuma descoberta importante foi feita.
Finalmente, a partir de 1830, iniciou-se a produção de lentes acromáticas, que não dão origem a aberrações. Este progresso culminou com a invenção do microscópio acromático com condensador, feita pelo físico alemão Ernest Abbé.
A hipótese de que todos os seres vivos são constituídos por células foi crescendo lenta e gradualmente, à medida que iam sendo aperfeiçoadas as lentes e os microscópios, que permitiram observações mais precisas da estrutura interna dos seres vivos. O aparecimento do microscópio permitiu também o nascimento de uma nova ciência denominada citologia, que estuda a célula, fato que só foi possível conhecer depois do aparecimento do microscópio.
Hoje há dois tipos de microscópio que são o microscópio óptico e o microscópio eletrônico.
O microscópio óptico é um instrumento usado para ampliar e regular, com uma série de lentes multicoloridas e ultravioletas capazes de enxergar através da luz, estruturas pequenas e grandes impossíveis de visualizar a olho nu ou sem óculos.
É constituído por um componente mecânico que suporta e permite controlar um componente óptico que amplia as imagens.
Sua estrutura compõe-se de pé ou base (serve de apoio para os demais componentes do microscópio), coluna ou braço (fixo à base, serve de suporte a outros elementos), mesa ou platina (onde se fixa a preparação a observar; tem uma janela por onde passam os raios luminosos e também parafusos dentados que permitem deslocar a preparação), tubo ou canhão (suporta a ocular na extremidade superior) e revólver ou óptico (peça giratória portadora de objetivas de diferentes ampliações que podem ser de 20x, 40x e 100x).
Sua estrutura óptica compõe-se por condensador (conjunto de duas ou mais lentes convergentes que orientam e espalham regularmente a luz emitida pela fonte luminosa sobre o campo de visão do microscópio), diafragma (é constituído por palhetas que podem ser aproximadas ou afastadas do centro através de uma alavanca ou parafuso, permitindo regular a intensidade da luz que incide no campo de visão do microscópio), objetivas (permitem ampliar a imagem do objeto 10x, 40x, 50x, 90x ou 100x. As objetivas de 10x, 40x e 50x são designadas objetivas secas, pois entre a preparação e a objetiva existe somente ar; as objetivas de imersão, uma vez que, para utilizá-las, é necessário colocar uma gota de óleo de imersão entre elas e a preparação, o qual, por ter um índice de refração semelhante ao do vidro, evita o desvio do feixe luminoso para fora da objetiva), oculares (sistema de lentes que permitem ampliar a imagem real fornecida pela objetiva, formando uma imagem virtual que se situa a aproximadamente 25 cm dos olhos do observador. As oculares mais utilizadas são as de ampliação 10x, mas nos microscópios binoculares também existem oculares de 12, 5, 8x e 6x) e fonte luminosa (a mais utilizada atualmente é a luz artificial, fornecida por uma lâmpada de tungstênio ou de halogênio, incluída no aparelho juntamente com um interruptor com reostato, que permite regular a intensidade da luz emitida).
Os microscópios ópticos podem ser microscópios de campo claro, de campo escuro, de contraste de fase e de interferência.
O microscópio de campo claro é o mais comum microscópio de luz. Nesse microscópio, o campo de visão aparece iluminado e os objetos que estão sendo observados apresentam-se mais escuros.
Segundo Weiss et al. (1991), a microscopia de campo claro apresenta algumas vantagens como menor toxicidade por necessitar de menores concentrações de corantes, baixo contraste (devido ao uso de baixas concentrações de cromóforos naturais ou especialmente corantes vitais), podem ser grandemente aumentados, observações feitas no comprimento de onda de máxima absorção aumentam o contraste. Entretanto, apresenta algumas limitações como objetos de fase exibem mínimo contraste em foco e mostra contraste oposto por cima e abaixo do foco.
Microscópio utilizado para visualizar materiais muito pequenos como plâncton, bactérias e cristais. As imagens obtidas no campo escuro apresentam grande contraste e este pode ser ampliado pelo uso de sinal de vídeo (Weiss et al., 1991). Baseia-se no princípio de que a luz é dispersa pela superfície dos materiais que possuem diferentes índices de refração. A luz dispersada entra na objetiva e o objeto aparece iluminado e brilhante sobre um fundo escuro. Tal consegue-se pela utilização de um tipo especial de condensador que ilumina o objeto obliquamente. A luz atinge o espécime a ser analisado e somente os feixes desviados pelo objeto percorrem o resto do sistema, isto é,objetivas e oculares, formando a imagem.
A microscopia de contraste de fase é especialmente útil no exame da estrutura e de movimento de organelas maiores como o núcleo e mitocôndrias de tecidos vivos, transparentes e não-corados. Ela gera uma imagem com diferentes graus de obscuridade ou luminosidade. As diversas estruturas celulares tem quantidades diversas de matéria e causam atrasos diferentes na luz que as atravessa. Isso gera diferenças de fase na luz emergente, que, por interferência, são transformadas em diferença de amplitude, gerando diferenças de intensidade luminosa as quais a retina é sensível.
Este tipo de microscópio é composto por dois discos, o primeiro disco é fixo no condensador e ele concentra ainda mais o raio de luz, enquanto o segundo disco, também chamado de disco de fase, é móvel e colocado nas objetivas, ele tem a função de intensificar o atraso no raio de luz.
O microscópio de interferência usa filtros polarizadores e prismas para separar e recombinar trajetos de luz dando ao espécime uma aparência tridimensional. Evidenciam apenas os contornos de grandes organelas como o núcleo e o vacúolo. Também é chamado de Nomarski, em homenagem ao homem que o inventou.
Ambos esses microscópios podem ser utilizadas na microscopia de lapso de tempo em que a mesma célula é fotografada a intervalos regulares ao longo de períodos que duram várias horas. Esse procedimento permite ao observador estudar o movimento celular, desde que a platina do microscópio possa controlar a temperatura do espécime e o ambiente.
Os microscópios eletrônicos podem ser de varredura e de tunelamento.
O microscópio eletrônico de varredura (MEV) é um equipamento capaz de produzir imagens de alta ampliação (até 300.000 x) e resolução. As imagens fornecidas pelo MEV possuem um caráter virtual, pois o que é visualizado no monitor do aparelho é a transcodificação da energia emitida pelos elétrons, ao contrário da radiação de luz a qual estamos habitualmente acostumados.
O princípio de funcionamento do MEV consiste na emissão de feixes de elétrons por um filamento capilar de tungstênio (eletrodo negativo), mediante a aplicação de uma diferença de potencial que pode variar de 0,5 a 30 KV. Essa variação de voltagem permite a variação da aceleração dos elétrons, e também provoca o aquecimento do filamento. A parte positiva em relação ao filamento do microscópio (eletrodo positivo) atrai fortemente os elétrons gerados, resultando numa aceleração em direção ao eletrodo positivo. A correção do percurso dos feixes é realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direção à abertura da objetiva. A objetiva ajusta o foco dos feixes de elétrons antes dos elétrons atingirem a amostra analisada.
O MET possui sistemas de iluminação e vácuo que produz feixes de elétrons de alta energia (energia cinética), que ao incidir sobre uma amostra de tecido ultrafina (na espessura de nanômetro), fornece imagens planas, imensamente ampliadas, possuindo a capacidade de aumento útil de até um milhão de vezes e assim permitindo a visualização de moléculas orgânicas, como o DNA, RNA, algumas proteínas, e outros. O sistema de vácuo remove o ar e outras moléculas de gás da coluna do microscópio, evitando assim que ocorra erosão do filamento e propiciando a formação de uma imagem com excelente qualidade e contraste. A imagem é projetada em um anteparo fluorescente, que poderá ser redirecionada para uma chapa fotográfica para registro, ou ainda a imagem pode ser captada por um sistema computadorizado de captação de imagens e armazenada em CD-Rom para futura análise.
Grande parte dos átomos das estruturas celulares tem baixo número atômico e muito pouco contribui para a formação da imagem. O emprego de substâncias que contêm átomos pesados, como ósmio, chumbo e urânio permitem obter um contraste entre as estruturas celulares, contribuindo para uma melhor imagem. Então, por fim, a imagem é também uma resultante da absorção diferenciada de elétrons por diversas regiões da amostra, seja por variação de espessura, seja por interação com átomos de maior ou menor número atômico.
O microscópio eletrônico de tunelamento (STM) é composto por uma ponta muito pequena e afiada que conduz eletricidade (sonda), um dispositivo de varredura rápida piezoelétrica no qual é encaixada a ponta, componentes eletrônicos (que fornecem corrente elétrica à ponta, controlam o dispositivo de varredura e aceitam os sinais do sensor de movimento) e um computador para controlar o sistema e fazer a análise dos dados (coletar, processar e exibir dados).
O STM funciona a partir de uma corrente é fornecida à ponta (sonda) enquanto o dispositivo de varredura (scanner) move a ponta rapidamente pela superfície de uma amostra condutora, quando a ponta encontra um átomo, o fluxo de elétrons entre o átomo e a ponta muda, o computador registra a mudança na corrente com a posição x,y do átomo, o scanner continua a posicionar a ponta sobre cada ponto x,y da superfície de amostra, registrando uma corrente para cada ponto, o computador coleta os dados e desenha um mapa da corrente sobre a superfície que corresponde a um mapa das posições atômicas.
O processo é muito parecido com uma velha vitrola, em que a agulha é a ponta e as ranhuras no disco de vinil são os átomos. A ponta do STM se move sobre o contorno atômico da superfície, usando corrente de tunelamento como um detector sensível da posição atômica. O STM e as novas variações desse microscópio nos permitem ver átomos. Além disso, o STM pode ser usado para manipular átomos, os átomos podem ser movidos e moldados para formar vários dispositivos, como motores moleculares.
