Elektronový mikroskop: 5 zajímavých faktů, které byste měli vědět

Obsah

Co je elektronová mikroskopie?

Elektronový mikroskop (EM) označuje metodu, která umožňuje analyzovat a pozorovat obrazy různých živých i neživých vzorků s velmi vysokým rozlišením. Tyto typy mikroskopů se používají pro biomedicínský výzkum za účelem zkoumání podrobného tvaru a struktury tkání, buněk, organel a dalších makromolekulárních komplexů. Elektrony (které v tomto případě fungují jako zdroj osvětlovacího záření) mají velmi krátké vlnové délky, které pomáhají vytvářet vysoké rozlišení snímků elektronové mikroskopie. Elektronová mikroskopie se obecně kombinuje s řadou pomocných technik pro zkoumání určitých specifických struktur, jako je imunoznačení, tenké řezy, negativní barvení atd. Elektronové mikroskopické obrazy mohou poskytnout důležitá data na strukturálním základě funkce buněk / tkání a buněčných chorob.  

elektronový mikroskop
Časný elektronový mikroskop. Zdroj obrázku: J Brew, nahrál na anglicky mluvící Wikipedii en: Uživatel: Hat'nCoat., Elektronový mikroskop Ernsta Ruska - Deutsches Museum - Mnichov-editCC BY-SA 3.0

Jaké jsou typy elektronové mikroskopie?

Elektronový mikroskop může být dvou různých typů:

Transmisní elektronový mikroskop (TEM): Transmisní elektronový mikroskop se používá k prohlížení extrémně tenkých vzorků, jako jsou molekuly, tkáňové řezy atd. V tomto mohou elektrony procházet těmito tkáněmi a promítat obraz. TEM je v mnoha ohledech podobný typickému složenému světelnému mikroskopu. Stejně jako složený mikroskop se TEM používá k zobrazování vnitřku biologických buněk v extrémně tenkých vrstvách, struktuře proteinových molekul, která je kontrastována pomocí kovového stínování, strukturní organizace molekul v cytoskeletálních vláknech pomocí techniky negativního barvení, a uspořádání strukturních proteinových molekul v buněčných membránách pomocí techniky freeze-fracture.

Elektronový mikroskop
Moderní transmisní elektronový mikroskop. Zdroj obrázku; David J. Morgan z Cambridge, Velká Británie, Elektronový mikroskopCC BY-SA 2.0

Skenovací elektronový mikroskop (SEM): Skenovací elektronový mikroskop nebo SEM je závislý na emisi sekundárního elektronu z horní vrstvy vzorku. Skenovací elektronové mikroskopy mohou poskytnout velkou hloubku ostrosti, a proto je lze využít jako stereoskopický mikroskop. To nám pomáhá zobrazit extrémně jemné a podrobné strukturní a fyzikální vlastnosti buněk, tkání, organel a dalších makromolekulárních komplexů, které nelze provést pomocí TEM. Skenovací elektronové mikroskopy podporují jeho aplikace při počítání buněk, určování velikosti, velikosti makromolekulárních komplexů a řízení procesů.

Design mikroskopu je pojmenován jako rastrovací elektronový mikroskop, protože tento mikroskop generuje obrazy skenováním povrchu vzorku pomocí elektronového paprsku. Emise rozptýleného povrchu jsou poté shromažďovány pomocí detektorů. SEM lze dále rozdělit do dvou typů: skenovací tunelovací mikroskopie a skenovací transmisní elektronová mikroskopie.

Jeol Přenos a skenování EM
Skenovací elektronový mikroskop. Zdroj obrázku: Dr. Graham BeardsJeol Přenos a skenování EMCC BY-SA 4.0

Jak funguje elektronový mikroskop?

800px interakce elektronů s Matter.svg
Demonstrace výsledného jevu po interakci excitovaného elektronového paprsku se vzorkem. Zdroj obrázku: Claudionico ~ commonswikiInterakce elektronů s hmotouCC BY-SA 4.0

Práce elektronového mikroskopu je podobná práci optického mikroskopu, kromě skutečnosti, že elektronová mikroskopie zahrnuje použití elektronových paprsků pro tvorbu obrazu místo fotonů. Vyhřívané wolframové nebo polní emisní vlákno působí jako zdroj elektronového paprsku a emituje proud vysokonapěťových elektronů o velikosti asi 5 až 100 KeV. Kladný elektrický potenciál dále urychluje elektronový paprsek ve vakuu. Tento proud elektronů je poté pomocí magnetických čoček zaostřen na tenký monochromatický paprsek. Zaostřený paprsek dopadá na vzorek, který interaguje s materiálem. tyto interakční vzory jsou pozorovány a detekovány fluorescenční obrazovkou a kamerou za účelem vytváření obrazů.

Elektronový mikroskop 1
Označené části EM. Zdroj obrázku: Dr. Graham Beards, elektronový mikroskop, označen jako veřejná doména, další podrobnosti na Wikimedia Commons

Jaké jsou výhody elektronové mikroskopie?

Elektronová mikroskopie má řadu výhod, jako například:

  • Elektronová mikroskopie pomáhá analyzovat a pozorovat obrazy různých živých i neživých vzorků ve velmi vysokém rozlišení.
  • Elektronové mikroskopické obrazy mohou poskytnout důležitá data na strukturálním základě funkce buněk / tkání a buněčných onemocnění, která nejsou správně vyřešena jinými typy mikroskopů.
  • Elektronová mikroskopie umožňuje zobrazování extrémně choulostivých biologických struktur, aniž by na nich působila jakékoli poškození.
  • Elektronová mikroskopie poskytuje extrémně přesné obrazy, pokud je správně nastavena.

Jaké jsou nevýhody elektronové mikroskopie?

Elektronová mikroskopie má řadu nevýhod, jako jsou:

  • Vytváření a udržování provozních a instalačních nákladů elektronových mikroskopů může být nákladné.
  • Tyto mikroskopy vyžadují umístění ve stabilních budovách s nástroji pro zrušení magnetických polí, aby se dosáhlo obrazu s vysokým rozlišením.
  • Vzorky používané v elektronové mikroskopii by měly být uchovávány ve vakuu, aby se zabránilo molekulám vzduchu rozptýlit elektrony a interferovat s tvorbou obrazu.
  • Tyto mikroskopy obecně pracují s vodivými vzorky. Nevodivé materiály tedy pro správné zobrazování vyžadují vodivý povlak ze slitiny zlata / palladia, uhlíku, osmium atd.

Jaké jsou aplikace elektronového mikroskopu?

Elektronový mikroskop může najít své aplikace v různých oblastech, jako například:

  1. Polovodič a ukládání dat: Elektronová mikroskopie se široce používá v různých procesech ukládání polovodičů a dat, jako jsou úpravy obvodů, analýza poruch a analýza defektů.
  2. Průmysl: Elektronová mikroskopie se široce používá pro řadu průmyslových prací, jako je přímá výroba psaní paprskem, mikro charakterizace, farmaceutická QC, těžba (analýza osvobození minerálů), fraktografie, výzkum vědy o potravinách, forenzní výzkum a chemická nebo petrochemická analýza.
  3. Biologie a biologie: Elektronová mikroskopie se široce používá pro řadu biologických výzkumných prací, jako je kryobiologie, kryoelektronová mikroskopie, výzkum léků (např. Antibiotika), diagnostická elektronová mikroskopie, virologie (např. Monitorování virové zátěže), elektronová tomografie, lokalizace proteinů, analýza částic, strukturní biologie, detekce částic, zobrazování tkání a toxikologie.
  4. Materiálový výzkum: Elektronová mikroskopie se široce používá v různých materiálech pro výzkum materiálů, jako jsou experimenty s dynamickými materiály, testování a charakterizace zařízení, charakterizace in situ, Depozice indukovaná elektronovým paprskem, lékařský výzkum, materiální kvalifikace, nanoprototypizace a Nanometrologie.

Chcete-li vědět více o mikroskopii, navštivte https://lambdageeks.com/optical-microscope/

Přečtěte si více o Mikroskopie skenovací sondy.

Také čtení: