Електронна микроскопия

Какво представлява електронната микроскопия?

Електронният (ЕМ) микроскоп е вид микроскоп, който използва лъчите на електроните, за да образува изображение от изследвана проба. ЕМ има способност за многократно увеличение и по-голяма разделителна способност от светлинната микроскопия като позволява да се изследват много малки обекти и фини детайли. Те са големи, скъпи и обикновено се нуждаят от обучен персонал.

Всички електронни микроскопи използват електромагнитни лещи, за да контролират пътя на електроните. Основната конструкция на електромагнитните лещи е соленоид (намотка от тел по външната част на конус), през който може да премине ток като се образува електромагнитно поле. Електронният лъч преминава през центъра на соленоида към пробата. Електроните са много чувствителни към промени в магнитното поле като техния поток може да се контролира именно чрез промяна в него. Колкото по-бързо пътуват електроните толкова по-къса е дължината на вълната. Разделителната способност на микроскопа е пряко свързана с дължината на вълната. С намаляване на дължината на вълната се увеличава и резолюцията. Следователно резолюцията на микроскопа, нараства, когато се увеличи волтажа на електронния лъч.

Съвременните електронни микроскопи могат да увеличавате обекти до около два милиона пъти, като се спазва съответствието между дължината на вълната и резолюцията. Изследователите могат да изследват биологични материали (като например микроорганизми и клетки), разнообразни молекули, медицински проби от биопсии, метали и кристални структури, както и характеристиките на различни повърхности. В днешно време, електронната микроскопия има много приложения извън научните изследвания. Тя може да бъде използвана като част от производствена линия, например в производството на силициеви чипове, или в рамките на експертиза в криминалистични лаборатории за търсене на проби от огнестрелни остатъци и др.

Видове електронни микроскопи.

Трансмисионен електронен микроскоп (TEM)

Първичният оригинален вид на електронната микроскопия е трансмисионната електронна микроскопия принципът включва електронен лъч с високо напрежение, излъчван от катод насочван от магнитни лещи. Електронният лъч, който частично преминава през много тънък слой проба носи информация за структурата и. Пространственото отклонение в тази информация се подсилва от серия магнитни лещи, като се записва от флуоресцентен екран, фотографска плака или се показва в реално време на монитор. Електронните микроскопи произвеждат триизмерни, черно-бели изображения. Електронната микроскопия позволява възпроизвеждане на изображения с голяма разделителна способност, например, за да може да изобрази въглеродните атоми в диамант с размери 0.089 nm и атоми силиций с размери 0,078 nm при увеличения с размер над 50 милиона пъти. Възможността да се определят позициите на атомите е направила ТЕМ незаменим инструмент в нанотехнологиите и хетерогенната катализа в развитието на полупроводникови устройства за битова електроника и др.

Сканиращ електронен микроскоп (SEM)

За разлика от ТЕМ, където електроните в първичния лъч преминават през пробата, сканиращият електронен микроскоп произвежда изображения чрез откриване на вторични електрони, които се отделят от повърхността на изследвания материал поради възбуждане от първичен електронен лъч. Резолюцията на TEM е по-добра от резолюцията на SEM. Обаче изображението от SEM разчита на електронни взаимодействия на повърхността и е в състояние да дава много по-голяма дълбочина на изображението така може да произвежда изображения, които са с по-качествено триизмерно 3D представяне на структурата.

Приготвяне на пробата.

Проби, които ще се изследват чрез електронен микроскоп изискват добра обработка за получаване като:

• Криофиксация-пробата се замразява бързо като се предпазва нейната течна част. С развитие на крио-електронната микроскопия стана възможно изследване на биологична тъкан в близко до нативното и състояние.
• Фиксация-предпазва пробата от състояние на разпад, която изглежда като жива въпреки, че е мъртва структура.
• Дехидратация-премахва се водната съставка от тъканта.
• Вграждане-инфилтрация на тъканта със смола, която може да полимеризира в блок при следващо секциониране (нарязване на части).
• Секциониране-нарязване на пробата на тънки парченца. За електронната микроскопия трябва да са много тънки около 90 nm. Тези ултра тънки парченца се разрязват на ултрамикротом със стъклен или диамантен нож.
• Оцветяване-използват се тежки метали като уран. Оцветявайки пробите с тежки метали се прибавя електронна плътност, което дава повече контраст в полученото изображение.
• Замразяване и начупване-препарационен метод практически полезен при изследване на липидни мембрани и протеините в тях.
• Нанасяне на покритие-много тънко покритие от електрически проводим материал. Използва се, за да предпази пробата от презареждане от полето със статично електричество, което се образува. За покрития се използват злато, платина или хром.

Недостатъци на електронната микроскопия.

Електронните микроскопи са много скъпи за закупуване и поддръжка. Необходимо им е много стабилно високо напрежение и специално пригодено помещение, тъй като са много чувствителни на вибрации и магнитно поле.