Desde sua invenção em 1595 pelos fabricantes de óculos holandeses Sacharias Jansen e Hans Lippershey, os microscópios tornaram-se instrumentos integrais e em contínua evolução na análise científica. Todos buscam expandir e ampliar a imagem visual de um alvo além da capacidade do olho nu. Podem ser diferenciados pelo meio empregado: luz, feixe de elétrons, ondas sonoras ou sondagem física da superfície.
Todos os microscópios, exceto os de sonda, ampliam e geram imagem baseada na difração, reflexão e/ou refração de radiação eletromagnética ou sonora. O poder de resolução é limitado pela difração da radiação e pelo ambiente do espécime.
Microscopia óptica ou de luz amplia espécimes manipulando radiação eletromagnética, tipicamente no espectro visível. Limitada a resolver objetos na faixa de 200 a 500 nanômetros, é predominante em biologia pela capacidade de monitorar e imaginar células vivas. O microscópio composto de Antoni van Leeuwenhoek foi o primeiro a visualizar bactérias em 1676, rendendo-lhe o título de "Pai da Microscopia". Variações populares incluem estereoscópico binocular, campo claro, luz polarizada, contraste de fase, campo escuro e fluorescência.
Microscópios eletrônicos usam feixe de elétrons para imaginar amostras. O poder de ampliação deriva do comprimento de onda do elétron individual, permitindo resolver objetos de até 0,05 nanômetros. O primeiro, um microscópio eletrônico de transmissão, foi inventado por Ernst Ruska e Max Knoll em 1931. As formas mais usadas são microscópios eletrônicos de transmissão, varredura e transmissão de varredura.
Usa ondas de ultrassom, a 5–400 MHz, para imaginar amostras com resolução micrométrica. Como luz ou elétrons, as ondas penetram o espécime e são refletidas, refratadas ou difratadas. O primeiro microscópio acústico foi construído em 1959 por F. Dunn e W.J. Fry. Devido à capacidade de visualizar características internas sem destruição, são usados extensivamente em controle de qualidade e fabricação de componentes eletrônicos.
Com resolução atômica, microscópios de sonda de varredura são os mais recentes e poderosos. Usam ponta extremamente fina, de apenas alguns átomos de largura, para tocar fisicamente a superfície da amostra e mapear sua forma. A ponta está presa a uma alavanca que se move em resposta às características da superfície. Um laser rastreia mudanças minúsculas na posição da alavanca, e algoritmos computacionais reconstruem os dados em imagens visuais. O primeiro, um microscópio de tunelamento de varredura, foi desenvolvido em 1981 por Gerd Bining e Heinrich Rohrer da IBM. Outros incluem microscópio de força atômica e variações especializadas.
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