Elektronový mikroskop představuje významnou variantu klasického mikroskopu. Pomocí elektronů dokáže zobrazit povrch nebo vnitřek objektu.
Co je elektronový mikroskop?
Elektronový mikroskop představuje významnou variantu klasického mikroskopu. V dřívějších dobách byl elektronový mikroskop také známý jako supermikroskop. Slouží jako vědecký nástroj, jehož prostřednictvím lze pomocí aplikace elektronických paprsků objekty obrazně zvětšovat, což umožňuje důkladnější vyšetření. Mnohem vyššího rozlišení lze dosáhnout elektronovým mikroskopem než světelným mikroskopem. Světelné mikroskopy mohou v nejlepším případě dosáhnout dvoutisíckrát zvětšení. Pokud je však vzdálenost mezi dvěma body menší než polovina vlnové délky světla, lidské oko je již nedokáže samostatně rozlišit. Elektronový mikroskop naproti tomu dosahuje zvětšení 1: 1,000,000 XNUMX XNUMX. To lze připsat skutečnosti, že vlny elektronového mikroskopu jsou podstatně kratší než vlny světla. K odstranění rušivého vzduchu molekuly, elektronový paprsek je zaměřen na objekt ve vakuu pomocí masivních elektrických polí. První elektronový mikroskop vyvinuli v roce 1931 němečtí elektrotechnici Ernst Ruska (1906-1988) a Max Knoll (1897-1969). Zpočátku však jako obrazy sloužily spíše malé kovové mřížky než elektronově průhledné objekty. Ernst Ruska také zkonstruoval první elektronový mikroskop používaný pro komerční účely v roce 1938. V roce 1986 získala Ruska za svůj supermikroskop Nobelovu cenu za fyziku. V průběhu let byla elektronová mikroskopie neustále podrobována novým designům a technickým vylepšením, takže v dnešní době je nemožné si představit vědu bez elektronového mikroskopu.
Tvary, typy a druhy
Mezi hlavní základní typy elektronových mikroskopů patří rastrovací elektronový mikroskop (SEM) a transmisní elektronový mikroskop (TEM). Skenovací elektronový mikroskop skenuje tenký elektronový paprsek přes pevný předmět. Elektrony nebo jiné signály, které se znovu objevují z objektu nebo jsou zpětně rozptýleny, lze detekovat synchronně. Zjištěný proud určuje hodnotu intenzity pixelu, který skenuje elektronový paprsek. Zjištěná data lze zpravidla zobrazit na připojené obrazovce. Tímto způsobem je uživatel schopen sledovat vytváření obrazu v reálném čase. Při skenování elektronickými paprsky je elektronový mikroskop omezen na povrch objektu. Pro vizualizaci přístroj řídí obrazy přes fluorescenční obrazovku. Po fotografování lze obrázky zvětšit až 1: 200,000 XNUMX. Při použití transmisního elektronového mikroskopu, který vytvořil Ernst Ruska, je zkoumaný objekt, který musí mít odpovídající tenkost, ozářen elektrony. Vhodná tloušťka objektu se pohybuje od několika nanometrů do několika mikrometrů, což závisí na atomovém počtu atomů materiálu objektu, požadovaném rozlišení a úrovni urychlovacího napětí. Čím nižší je urychlovací napětí a čím vyšší je atomové číslo, tím tenčí musí být předmět. Obraz transmisního elektronového mikroskopu je tvořen absorbovanými elektrony. Mezi další podtypy elektronového mikroskopu patří kyroelektronový mikroskop (KEM), který se používá ke studiu složitých proteinových struktur, a vysokonapěťový elektronový mikroskop, který má velmi vysokou rezervu zrychlení. Používá se k zobrazování rozsáhlých objektů.
Struktura a způsob provozu
Zdá se, že struktura elektronového mikroskopu má málo společného se světelným mikroskopem uvnitř. Přesto existují paralely. Například elektronová tryska je umístěna nahoře. V nejjednodušším případě to může být wolframový drát. To se zahřívá a vyzařuje elektrony. Elektronový paprsek je zaostřen elektromagnety, které mají prstencový tvar. Elektromagnety jsou podobné čočkám ve světelném mikroskopu. Paprsek jemných elektronů je nyní schopen nezávisle vyřadit elektrony ze vzorku. Elektrony jsou poté znovu shromažďovány detektorem, ze kterého lze generovat obraz. Pokud se elektronový paprsek nepohybuje, lze zobrazit pouze jeden bod. Pokud však dojde ke skenování povrchu, dojde ke změně. Elektronový paprsek je vychýlen pomocí elektromagnetů a veden po řádku nad zkoumaným objektem. Toto skenování umožňuje zvětšený obraz objektu ve vysokém rozlišení. Pokud se zkoušející chce dostat ještě blíže k objektu, musí pouze zmenšit plochu, ze které je skenován elektronový paprsek. Čím menší je oblast skenování, tím větší je objekt zobrazen. První elektronový mikroskop, který byl sestrojen, zvětšoval zkoumané objekty 400krát. V moderní době mohou nástroje zvětšit objekt dokonce 500,000 XNUMXkrát.
Lékařské a zdravotní výhody
Pro medicínu a vědecké obory, jako je biologie, je elektronový mikroskop jedním z nejdůležitějších vynálezů. Tímto způsobem lze dosáhnout fantastických výsledků vyšetření. Pro medicínu byla obzvláště důležitá skutečnost viry nyní lze zkoumat také elektronovým mikroskopem. Viryjsou například mnohokrát menší než bakterie, takže je nelze podrobně zobrazit světelným mikroskopem. Světelné mikroskopy nemohou podrobně pochopit ani vnitřek buňky. To se však s elektronovým mikroskopem změnilo. V dnešní době jsou nebezpečné nemoci jako AIDS (HIV) nebo vzteklina lze mnohem lépe vyšetřit pomocí elektronických mikroskopů. Elektronový mikroskop má však také některé nevýhody. Například zkoumané objekty mohou být ovlivněny elektronovým paprskem kvůli zahřívání nebo proto, že se urychlující elektrony srazí s úplnými atomy. Kromě toho jsou náklady na pořízení a údržbu elektronového mikroskopu velmi vysoké. Z tohoto důvodu nástroje používají hlavně výzkumné ústavy nebo soukromí poskytovatelé služeb.
