ianibalnforme laboratorio biología 1

Talleres Laboratorio de Biología General. Período: Marzo-Julio de 2016. Docente Titular: Jaime Cantera-Kintz. Docentes Asistentes: Diego Hernández, Mónica Gómez, Karen Ospina.Actualización en 2016 de Castro et al. 2008.

INSTRUMENTACIÓN PARA LA INVESTIGACIÓN EN BIOLOGÍAINSTRUMENTATION FOR BIOLOGIC RESEARCH

Vanessa Salazar, David Rodríguez, Ximena Rodríguez, Alexander Toro1. Universidad del Valle, Departamento de Ciencias Biológicas.

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RESUMEN: Se verá resaltado cada uno de los usos que se le dio al microscopio, desde su correc-ta utilización hasta el enfocar y distinguir medidas microscópicas en cada uno de los objetivos (4X, 10X, 40X); la correcta preparación de los materiales, para así al momento de enfocar poder determinar a detalle ya sea el cabello, la letra, el algodón o el periódico y ver cómo cambia de-pendiendo en el aumento en que se encuentra. Se evidenció que en el objetivo de menor au-mento (4X) era más el brillo que traspasaba, pero era menor el detalle de nuestra muestra, y que al trabajar con el objetivo de mayor aumento (40X) se podía dimensionar el grosor y profun-didad de las muestras con mayor detalle y menos brillo que al abarcar gran parte del campo visual, aunque con ambos objetivos se logra distinguir lo poco uniforme que está dispuesta la tinta en el caso de la letra y el periódico. Por último, se determina el diámetro del campo visual en cualquiera de los objetivos de aumento pasando los milímetros (papel milimetrado) a micras.PALABRAS CLAVE: Microscopio, resolución, aumento, detalle, profundidad, diámetro.

ABSTRACT: Each one of the different uses of the microscope will be highlighted, from its proper use to focus and distinguish the different measures of the objectives 4x, 10x and 40x; the right way for mounting the samples, so they can be properly described, and the observation of the change variations in the sample. A brighter incoming of light was evidenced with the lesser magnification objective, while a dark and more detailed sample was shown using the 40x magni-fication objective. The increasing in zoom over the samples revealed very particular characteris-tics usually covered from naked eye, like the different textures in paper, cotton and human hair, concluding that the detail level of life at its different scales is the basis of the biologic research. KEYWORDS: Microscope, resolution, detail, depth, diameter, magnification objective.

INTRODUCCIÓN: El desarrollo de este experimento se construye de acuerdo al manejo general del microscopio, que ha permitido importantes avances en la investigación y que ayudará a ob-servar e investigar los diferentes niveles de la vida. Esta práctica se basa en el nivel de visuali-zación de la imagen invertida, visualización del poder de aumento, visualización del grosor y profundidad, y mediciones microscópicas que se visualizarán a través de los diferentes objetivos de aumento del microscopio, los cuales son 4x,10x,40x y 100x. Esto permitirá que el estudiante se familiarice con el manejo adecuado del microscopio, obteniendo variedad de datos visibles y calculables, después de haber observado y realizado cada uno de los ejercicios, pasando por cada uno de los objetivos del microscopio; el estudiante se familiarizará con las diferentes ca-racterísticas que emanan de las muestras observadas bajo los diferentes aumentos.

OBJETIVOS: 1. Identificar cada una de la partes del microscopio con cada uno de sus significados y así obte-ner un buen manejo del mismo2. Observar por cada uno de los objetivos teniendo en cuenta si la imagen al pasar por cada uno de ellos ira elevando su poder de aumentó al ser visualizado por el microscopio.3. Aplicar el manejo de materiales y el enfoque en el microscopio adecuadamente para realizar la práctica, alcanzando un gran potencial de experiencia y aprendizaje por medio de normas dadas en el laboratorio.

MARCO TEÓRICO: El estudio detallado de células y tejidos, y sus componentes, requiere de ins-trumentos que permitan ampliar varias veces el tamaño real de éstos, para así identificar las estructuras que los constituyen. El microscopio fue la herramienta de los primeros biólogos para estudiar la célula y los tejidos, y todavía es el componente principal de la investigación biológi-ca. El nombre deriva de mikrós, que significa pequeño, y skopéoo, que significa observar. La

Talleres Laboratorio de Biología General. Período: Marzo-Julio de 2016. Docente Titular: Jaime Cantera-Kintz. Docentes Asistentes: Diego Hernández, Mónica Gómez, Karen Ospina.Actualización en 2016 de Castro et al. 2008. función del microscopio es la de aumentar el tamaño de muestras y estructuras pequeñas para que sean visibles para el investigador. (Montalvo, 2010)Los primeros microscopios compuestos fueron desarrollados por Hans y Zacarías Janssen, quie-nes tallaron lentes biconvexas cuidadosamente para construirlos. El microscopio desarrollado por los Janssen fue perfeccionado a través de los años, y hoy es el instrumento más utilizado en el estudio de células y tejidos. Pero no sólo las lentes han sido mejoradas, también lo han sido las partes mecánicas y estructurales de esta herramienta. En la actualidad, el microscopio es un instrumento de uso cotidiano en los laboratorios de investigación y de diagnóstico, así como en las aulas de enseñanza de Biología, Embriología, Histología, Microbiología y Patología. (Montal-vo, 2010)La parte del microscopio que tiene una mayor relevancia y representa en sí misma el fundamen-to de la microscopía son los objetivos de aumento. De ellos depende que la calidad de la imagen y los detalles que se visualizan a través de ellos se traduzcan en la mayor cantidad de datos posibles. Esto, en últimas, hace responsable a los objetivos de aumento de ofrecer imágenes mejor resueltas. (Montalvo, 2010)Por otro lado, el aumento de un objetivo determina la capacidad que posee éste para ampliar la imagen de una muestra; se define como la relación entre el tamaño de la imagen y el objeto en valores lineales de largo y ancho. Al factor entre el aumento del ocular y el aumento del objetivo se le denomina poder de aumento, y es el aumento final o total del microscopio. (Montalvo, 2010)Otra característica importante del microscopio es su poder de penetración o de profundidad de campo. Las muestras tomadas y preparadas en el microscopio poseen tres dimensiones, no dos. Por ende, la visualización de una muestra se lleva a cabo en estas tres dimensiones. El eje de la profundidad se navega usando el micrométrico, que genera varios planos de imágenes: profun-dos, intermedios y superficiales. Cuando se examina un tejido con objetos de bajos aumentos como el de 4x o 10x, la imagen que se observa puede enfocarse con facilidad sin que se diferen-cien los planos de enfoque. Sin embargo, al usar objetivos de 40x o 100x, es necesario utilizar el micrométrico para ajustar el plano deseado. El plano ajustado se verá claramente, mientras que los demás se verán difusos y desenfocados. La capacidad que tiene el microscopio de surcar la profundidad del campo en una muestra es su poder de penetración. (Montalvo, 2010)Si bien la imagen es aumentada varias veces con precisión detallada, la construcción de los mi-croscopios y la física de la luz (las propiedades de sus lentes) generan una imagen invertida. Algo similar ocurre con la visión humana, en la que el cerebro es quien acaba de ajustar la ima-gen para que arriba sea arriba y abajo sea abajo. No obstante, la estructura mecánica del mi-croscopio sí se ajusta a esta inversión de la imagen, de modo que no exista confusión al operar los movimientos en la muestra. (Montalvo, 2010)El detalle de la imagen obtenida del microscopio es denominado resolución. La resolución existe cuando hay una diferenciación evidente entre un determinado punto y otro, de forma que entre ambos se pueda establecer una distancia. Conforme esta distancia disminuya, mayor será el poder de resolución, pues se establecerá, en un determinado campo de diámetro, una mayor diferenciación de cada objeto de luz. Esto aumenta el detalle de la imagen, permitiendo percibir una mayormente fiel representación de la muestra, que es el cénit de la caracterización biológi-ca: la clasificación. A esta capacidad del microscopio se le denomina poder de resolución. (Mon-talvo, 2010)

METODOLOGÍA: Identificando cada uno de los componentes y normas de manejo con el micros-copio se dio por comenzado el experimento que tenía que ver con la visualización de la imagen invertida, visualización del poder de aumento, visualización del grosor y profundidad y por ulti-mo medidas microscópicas, se empezó con el primer ejercicio que era cortar una letra de un pedazo de papel periódico haciéndole su respetivo montaje, ubicando la preparación en la lámi-na lista para ponerla en el microscopio. haciendo una observación de dicha preparación por cada uno de los objetivos :4x,10x,y 40x teniendo en cuenta que al momento del enfoque se le realizara en forma lenta evitando quebrar la lámina portaobjetos, finalizando la visualización se pasó a responder unas preguntas de acuerdo a cada poder de aumento que obtenían los objeti-

Talleres Laboratorio de Biología General. Período: Marzo-Julio de 2016. Docente Titular: Jaime Cantera-Kintz. Docentes Asistentes: Diego Hernández, Mónica Gómez, Karen Ospina.Actualización en 2016 de Castro et al. 2008. vos observados; luego de responderlas se pasó al segundo ejercicio en donde la preparación se realizaría con un pedazo de cabello de cualquiera de los integrantes del equipo o cualquier com-pañero del curso, teniendo lista la preparación la subimos al microscopio teniendo cuidado al enfocar la visualización, la cual será observada por los siguientes objetivos:4x,10x y 40x tenien-do como pregunta, que se observa o que característica aparece en cada uno de ellos, calcular y analizar si el poder de aumentó es directa o inversamente proporcional a los valores de los obje-tivos utilizados; manteniendo el valor del lente ocular constante, dándole una breve explicación a cada pregunta y realizando los esquemas de cada una de las preparación por cada ejercicio resuelto. teniendo resultados en los primeros ejercicios procedimos a pasar al tercero que cuen-ta con una preparación de algodón lista para ser observada por los siguiente objetivos :10x y 40x en diferentes planos, dibujando lo observado por cada objetivo en las hojas del laboratorio que serán entregadas luego de realizar todas las preparaciones y los cálculos; pasando al cuar-to ejercicio donde la preparación la realizamos con un pedazo de papel milimetrado que se puso sobre la platina de manera que al ser enfocado pueda visualizarse bien, pasando por cada uno de los objetivos las características eran diferentes, pero nos pidió medir el diámetro del campo correspondiente del objetivo de menor aumento en milímetros y su conversión en micras; él procedimiento se repitió con los otros aumentos disponibles, con el dato anterior se determinó el diámetro correspondiente a cualquiera de los objetivos ópticos, luego de este paso se res-pondieron unas peguntas breves que constituían de cálculos y análisis de los milímetros y las micras de la letra observada anteriormente, pasando al último ejercicio donde la preparación la realizamos con un pedazo de revista enfocando bien la preparación en el microscopio y respon-diendo algunas preguntas sobre la dicha preparación para llenar una tabla con datos calculables encontrados por la misma.

RESULTADOS: Visualización de la imagen invertida

Aumento objetivo4X

Aumento Objetivo10X

Aumento objetivo40X

Imagen obtenida(letra/periodico)

Figura 1. Desde el primer objetivo se observa, que la tinta está salpicada, cortada y no unifor-me, debido a que el papel donde está impresa no tiene una superficie uniforme, presenta una especie de surcos que impiden la llegada de la tinta sobre esta. También se puede inferir que la impresión no posee mucha resolución. Además se observa que el desplazamiento de la imagen coincide con los movimientos que se realizan en la platina, todo lo anterior debido a que la imagen que el observador recibe esta in-vertida.A medida que se cambia de objetivos menores a mayores, se puede notar, que la posición de la imagen es la misma, lo que varía es el campo de observación, haciéndose mayor al aumentar el valor del aumento del objetivo. También varía la iluminación que se percibe; al crecer el valor de aumento de los objetivos, la imagen que se recibe es menos brillante.

Visualización del poder de aumento


Aumento objetivo4X

Aumento Objetivo10X

Aumento objetivo40X

Imagen obtenida(Cabello)

Figura 2. Se observa que el cabello posee una tonalidad más clara que a simple vista, en este caso más amarillo y parece una línea recta. Al usar el aumento de 4X no se observan demasiados detalles, pero al usar el objetivo de 40X, se alcanzan a ver las escamas de la keratina que contiene el cabello.

Posteriormente, se procedió a calcular el poder de aumento correspondiente a cada uno de los objetivos (4X, 10X y 40X). Para esto se usó el siguiente planteamiento.

Cálculos del poder de aumento.

Poder deaumento=Aumento ocular × Aumento objetivoAumento ocular=10 X (costante)

1ºAumento ocular (10X) x Aumento objetivo (4X) = 40X2ºAumento ocular (10X) x Aumento objetivo (10X)=100X1ºAumento ocular (10X) x Aumento objetivo (40X)=400X

Los resultados se resumen en la tabla 1.

Tabla 1. Poder de aumento de los objetivos.Aumento del ocular Aumento del objetivo Poder del aumento

10X 4X 40X10X 10X 100X10X 40X 400X

Se observó que el poder de aumento es directamente proporcional al aumento del objetivo; es decir, que entre mayor sea el aumento del objetivo, mayor será el poder de aumento.

Visualización del grosor y profundidad (algodón)

Aumento objetivo4X

Aumento Objetivo10X

Aumento objetivo40X


Imagen obtenida(algodón)

Figura 3. Usando el menor objetivo, se observa que las fibras de algodón poseen una aparien-cia traslúcida, que no todas tienen forma cilíndrica, y que están superpuestas. Al usar objetivos de mayor aumento y variando el enfoque, se es posible observar de manera clara los diferentes planos de la muestra.

Mediciones Microscópicas (Papel milimetrado)

Aumento objetivo4X

Aumento Objetivo10X

Aumento objetivo40X

Imagen obtenida(Papel milimetrado)

Figura 4. Utilizando el objetivo con aumento de 4X y con ayuda del papel milimetrado, se logró dar como medida aproximada al diámetro del campo correspondiente al menor objetivo, el valor de 4,3 mm o 4300μm . Conociendo este valor se procede a calcular el campo del diámetro correspondiente a los demás objetivos. Para esto se plantea lo siguiente:

Cálculos del diámetro del campo visual.

Y=Razon entre lasmagnificaciones del objetivo de trabajo y el deaumentomenor

Y= Aumento objetivode trabajoAumento objetivomenor

Diámetro del campo visual cualquier objetivo = Diametroobjetivomenor (μm)Y

Objetivo 4X:


Y= 4 x4 X

=1

Diámetro del campo visual = 4300 (μm)1

=4300 (μm )

Objetivo 10x:

Y=10 x4 X

=2,5

Diámetro del campo visual = 4300 (μm)2.5

=1720 (μm )

Objetivo 40x:

Y= 40x4 X

=10

Diámetro del campo visual = 4300 (μm)10

=430 (μm )

Objetivo 100x:

Y=100 x4 X

=25

Diámetro del campo visual = 4300 ( μm)25

=172 (μm)

Los datos se registraron en la siguiente tabla.

Tabla 2. Diámetro del campo visual.

Poder de resolución (revista)

OCULAR OBJETIVO AUMENTO DIAMETRO(mm)

DIAMETRO(μm)

RELACIÓN

10x 4.0X 40X 4.3 mm 4300 μm 110X 10X 100X 1.72 mm 1720 μm 2.510X 40X 400X 0.43 mm 430 μm 1010X 100X 1000X 0.172 mm 172 μm 25


Figura 5. En el campo visual correspondiente al objetivo de 4X, se observó que el diámetro es equivalente a 30 puntos; es decir que en 4300 μm podemos encontrar 30 puntos de tinta en la muestra. Observando a través del objetivo de 10X se identificaron 12 puntos en un diámetro de 1720 μm. Y por último utilizando el objetivo de 40X, se observa 3 puntos presentes en un diámetro de 430 μm.

Posteriormente, se calculó la distancia promedio entre el centro de un punto a otro, utilizando el siguiente planteamiento:

Cálculo de la distancia entre cada punto.

D=Distancia entreel centrode un punto aotro(centroacentro)

D=Diametro campo visualobjetivo XPuntos observados objetivo X

Objetivo 4X:Puntos observados: 30Diámetro campo visual: 4300 μm

D= 4300μm30

≅ 143.3 μm

Objetivo 10X:Puntos observados: 12Diámetro campo visual: 1720 μm

D=1720 μm12

≅ 143.3μm

Objetivo 40X.Puntos observados: 3

Aumento objetivo4X

Imagen obtenida(Revista)

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D= 430μm3

≅ 143.3 μm

Resultados resumidos en la siguiente tabla.

Tabla 3. Distancia entre puntos de grabado de revistaValor

ObjetivoPuntos observados Diametro

visualDistancia entre punto

a punto4X 30 4300 μm 143.3 μm

10X 12 1720 μm 143.3 μm40X 3 430 μm 143.3 μm

La distancia promedio entre cada punto fue de 143.3 μm.

DISCUSIÓN: La estructura mecánica del microscopio es la maquinaria que hace posible el incre-mento de la imagen de las muestras. No obstante, esta imagen es una imagen virtual. Las leyes físicas que determinan el comportamiento de la luz y, más importante aún, la conformación de los lentes que constituyen el microscopio, terminan por invertir la imagen. Pese a que podría, a priori, representar un engorro a la hora de navegar entre la muestra, la maquinaria misma del microscopio se encarga de compensar por esta inversión de eje. De modo que, al mover el torni-llo de la platina en ambos ejes, vertical y horizontal, la imagen se desplace de acorde a estos movimientos. La letra “a” visualizada, se encuentra de cabeza, pero no posee una inversión horizontal. Esta inversión vertical podría determinar un factor crucial a la hora de facilitar el ma-nejo de la mecánica estructural del microscopio, que es indispensable para una labor investiga-tiva fluida.

El poder de aumento total del microscopio usado en la práctica era de 1000x. No fue sorpresa que las imágenes de las distintas muestras que se tomaron estuvieran amplificadas con tal magnitud. Diversos detalles, ocultos a simple vista, eran revelados conforme se incrementaba el aumento de los objetivos. Puesto que el ocular de 10x era constante, el poder de aumento va-riaba de forma directamente proporcional al aumento del objetivo. Esto demostró la capacidad que tiene el microscopio como herramienta para analizar tejidos como el cabello, o texturas de objetos como el papel periódico.

No obstante, no sólo la imagen se amplifica, sino que también se especifica. Conforme se incre-mentó el aumento de los objetivos, fue cada vez más difícil enfocar en un nuevo plano, el de la profundidad. En el objetivo de menor aumento la imagen se mostraba clara y nítida en todas sus dimensiones, pero en el objetivo de 40x el campo visual revelaba la dimensión de la profun-didad, en la que se mostraban diferentes planos del algodón. Se entreveía fibras del algodón en la parte posterior o anterior al punto enfocado en las fibras. De esta forma, moviendo el micro-métrico, se pudo intercambiar planos entre el algodón, haciendo visibles unas fibras y desenfo-cando otras. Esto dejó en claro el poder de penetración del aumento del microscopio. Pero de-mostró que podría haber dificultades con objetos muy sólidos y no traslúcidos, de los cuales no se podría observar más que una cara. Además, que un objeto así debería ser observado con un microscopio en el que la luz entre por una fuente distinta que ilumine directamente la superficie que se quiera observar. Sin embargo, para un objeto tal como el algodón, e incluso el cabello, que pese a que posee una forma y un volumen determinado, posee a la vez determinada trans-parencia, se puede diferenciar entre los planos claramente. Conocer el aumento del tamaño de los objetivos, así como el campo de visión es importante para la investigación. De hecho, es algo de importancia capital. El tamaño de las muestras es aumentado, por lo que para medir su tamaño real, requerido siempre en la caracterización de

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CONCLUSIONES: Como resultado de la práctica, es posible concluir con el buen manejo que se le dio al microscopio y sus componentes, ya que con ellos se obtuvieron bastantes observaciones visibles y calculables de la imagen rotada por cada uno de los objetivos del microscopio, permi-tiendo demostrar que cuando se observaba por cada uno de ellos la imagen se visualizaba de una manera muy diferente partiendo de que en cada objetivo se iba agrandando su poder de aumento en cada uno de los elementos que requerían ser observados. Esto, en últimas, se tra-duce en el fundamento de la investigación científica en la biología, pero también de áreas inter-disciplinares que se encarguen del estudio de materiales o las ciencias en general.

BIBLIOGRAFÍA:

1. MONTALVO, Cesar E. Microscopía. UNAM, Histología. Agosto del 2010. Disponible en: http://histologiaunam.mx/descargas/ensenanza/portal_recursos_linea/apuntes/2_micros-copia.pdf

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