Oito coisas escondidas numa gota sob a lente

Em 1665, um erudito londrino cortou uma fina lâmina de cortiça, colocou-a sob o microscópio e viu uma colmeia de minúsculas caixas vazias. As paredes lhe lembraram os modestos quartinhos onde os monges dormiam, então tomou emprestado o nome delas: cella, 'pequena câmara' em latim. Desde então, toda célula viva carrega essa palavra, cunhada primeiro para as paredes mortas e ocas da casca.

Em 1873, um físico alemão provou que nenhum microscópio óptico comum, por mais perfeito que seja seu vidro, consegue separar dois pontos mais próximos do que cerca de metade do comprimento de onda da luz que os atravessa. Para a luz visível, esse limite fica em torno de 200 nanômetros, menor que a maioria das bactérias, mas muito maior que um vírus. A barreira não é a lente: é a própria natureza ondulatória da luz.

O ar desvia e espalha os raios de luz mais inclinados que saem de uma amostra, de modo que nunca chegam à lente. Coloque uma gota de um óleo especial entre a lâmina de vidro e a objetiva e, como o óleo desvia a luz quase igual ao vidro, esses raios entram em linha reta. Igualar o óleo ao vidro permite que a lente capte um cone de luz mais amplo e resolva detalhes que nenhuma lente seca alcança.

As diatomáceas são algas unicelulares que constroem conchas intrincadas de sílica vítrea, perfuradas com fileiras de poros separados por apenas alguns micrômetros. Essas fileiras são tão uniformemente traçadas que os fabricantes de microscópios as usam como alvos de teste naturais: se sua lente consegue separar com nitidez as linhas de uma dada espécie, você conhece seu verdadeiro poder de resolução. Em algumas espécies, as estrias ficam a apenas alguns milionésimos de metro umas das outras.

A maioria das células é quase transparente, então por décadas o único jeito de ver seu interior era corá-las com um corante, o que as matava. No início da década de 1930, um físico holandês percebeu que uma célula transparente ainda atrasa sutilmente a luz que a atravessa. Seu microscópio de contraste de fase transforma esses atrasos invisíveis em brilho visível, revelando a maquinaria de uma célula viva e não corada. Isso lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física de 1953.

Como a luz não consegue resolver nada menor do que cerca de metade do seu comprimento de onda, há um limite intransponível para o que um microscópio óptico mostra. Acontece que os elétrons também se comportam como ondas, com comprimentos de onda milhares de vezes menores que a luz visível. Dispare contra uma amostra um feixe focalizado deles em vez de luz e o poder de resolução salta mil vezes, nítido o bastante para registrar a rede de átomos individuais.

Por mais de um século, o comprimento de onda da luz pareceu um muro intransponível para o detalhe dos microscópios. Por volta de 2000, um físico acrescentou um segundo feixe de laser em forma de rosca que apaga o brilho em toda parte, exceto num ponto muito menor que o antigo limite, e então varre esse ponto pela amostra. O truque estilhaçou a barreira e permitiu que microscópios ópticos enxergassem estruturas separadas por apenas dezenas de nanômetros. Isso rendeu um Prêmio Nobel em 2014.