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pesquisa:microcopios_de_microesfera

Microscópios de Baixo(íssimo) Custo

Introdução

Os primeiros microscópios foram inventado por Antonie van Leeuwenhoek no século 17, e consistiam de lentes esféricas de vidro num suporte de metal. As amostras eram colocadas bem próximo da esfera de vidro com uma agulha.

Apesar da construção simples, tais microscópios eram capazes de ampliações por fatores acima de 200 vezes, o suficiente para observação de diversos objetos microscópios, como células e bactérias.

Modernamente, pequenas esferas de vidro são usadas comumente (aos milhões) como abrasivos para limpeza de peças metálicas através de jateamento por ar comprimido, como retro-refletores luminosos em tintas de sinalização, e até como meio térmico para aquecedores, usados em óticas para ajuste de armação de óculos de plástico.

Boa parte destas microesferas de vidro produzidas industrialmente são praticamente perfeitas como instrumentos ópticos, e seu baixíssimo custo (por unidade) permite que sejam utilizadas como lentes em microscópios como o de Leeuwenhoek.

No entanto, ao contrário de Leeuwenhoek, hoje muitos de nós temos acesso a poderosas câmeras digitais em nossos celulares. Uma microesfera de vidro, juntamente com tais câmeras digitais, são suficientes para a formação de um microscópio digital de alta potência.

Teoria

Lentes são caracterizadas pela sua distância focal, que pode ser calculada pela equação dos fabricantes de lentes:

$$ \frac{1}{f} = (n-1) \left[ \frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2} + \frac{(n-1)}{n} \frac{d}{R_1 R_2} \right]. $$

Aqui, $f$ é a distância focal da lente, $n$ é o índice de refração do material da lente, $R_1$ e $R_2$ são os raios de curvatura de ambos os lados da lente (do lado mais próximo e mais longe da luz, respectivamente), e $d$ é a espessura da lente em seu eixo. (Nota: Nesta forma da equação, a convenção é com o raio de curvatura positivo se o centro de curvatura está mais longe da luz. Para uma lente biconvexa, $R_1 < 0$ e $R_2 > 0$)

Esferas transparentes também agem como lentes, podendo ser consideradas uma lente com $-R_1 = R_2 = R$ e $d = 2R$. Substituindo na equação acima, podemos obter a distância focal $f$ para a lente esférica:

$$ f = \frac{n}{(1-n)} \frac{R}{2} = \frac{n}{(1-n)} \frac{d}{4}. $$

A ampliação $M$ dada por uma lente depende da distância de observação, $d_O$, e dada por:

$$ M = \frac{d_O}{f}.$$

Celulares costumam ter uma distância $d_O \approx 250 \,\text{mm}$ (ou 25 cm). Ainda mais, o vidro típico possui um índice de refração $n \approx 1.52$. Assim, podemos estimar a ampliação obtida por uma microesfera de vidro juntamente com um celular. Obtemos que uma micro esfera de 1 mm já é capaz de uma ampliação de cerca de 350×! Isto já é o suficiente para realizar muitos experimentos.

Esferas menores são muito comuns para jateamento, o que nos permitiria uma ampliação ainda maior. Por exemplo, uma esfera de aproximadamente 0.35 mm resulta numa ampliação de 1000×! No entanto, ampliações acima de 1000× não costumam ser muito eficazes, devido à natureza da luz visível.

Ampliações de 200-800× são perfeitamente factíveis com tais microesferas.

Projeto

A ideia deste projeto é obter algumas amostras de tais microesferas e desenvolver diferentes formas ultra-baratas e simples de adaptá-las a vários modelos de celulares, usando plásticos, papelão ou outros materiais baratos e fáceis de serem obtidos aqui no Brasil.

Projetos semelhantes já foram feitos no passado com bastante sucesso (1, 2,3). no entanto, são pouco acessíveis no Brasil por diversos motivos.

A distribuição destes microscópios seria uma forma excelente de incentivar exploração de microorganismos em salas de aula, já que as aulas de biologia ainda são muito teóricas por diversos motivos.

Pendências

Ainda falta encontrarmos uma fonte confiável e barata de microesferas de qualidade. Infelizmente, este material só é vendido em quantidades enormes (sacos de 5 kg ou mais!), e raramente estão na faixa de tamanho apropriada (300 a 1000 microns).

As microesferas vendidas pra jateamento costumam ser classificadas por “malha”. A tabela abaixo associa a malha aos diâmetros das microesferas. Vemos que procuramos malhas abaixo de 50 (d > 297 μm), caso contrário as esferas serão pequenas demais para serem úteis.

Foi adquirida uma amostra de microesferas na Equijato em Belo Horizonte que vende sacos de 25kg a R$180. Os diâmetros estão entre 200um e 700um segundo o fabricante. O próximo passo é desenhar experimentos para validar a Equijato como fonte confiável.

Experimentos

pesquisa/microcopios_de_microesfera.txt · Última modificação: 2018/11/11 13:11 por gabrielbckr