Microscopul electronic reprezintă o variație semnificativă a microscopului clasic. Cu ajutorul electronilor, poate imagina suprafața sau interiorul unui obiect.
Ce este un microscop electronic?
Microscopul electronic reprezintă o variație semnificativă a microscopului clasic. În vremurile anterioare, microscopul electronic era cunoscut și sub numele de supermicroscop. Acesta servește ca instrument științific prin care obiectele pot fi mărite pictural prin aplicarea fasciculelor electronice, permițând examinări mai amănunțite. Rezoluții mult mai mari pot fi obținute cu un microscop electronic decât cu un microscop cu lumină. Microscoapele cu lumină pot obține o mărire de două mii de ori în cel mai bun caz. Cu toate acestea, dacă distanța dintre două puncte este mai mică de jumătate din lungimea de undă a luminii, ochiul uman nu mai este capabil să le distingă separat. Un microscop electronic, pe de altă parte, atinge o mărire de 1: 1,000,000. Acest lucru poate fi atribuit faptului că undele microscopului electronic sunt considerabil mai scurte decât undele de lumină. Pentru a elimina aerul care interferează molecule, fasciculul de electroni este focalizat pe obiect în vid de câmpuri electrice masive. Primul microscop electronic a fost dezvoltat în 1931 de către inginerii electrici germani Ernst Ruska (1906-1988) și Max Knoll (1897-1969). Inițial, însă, mici grătaruri metalice, mai degrabă decât obiecte transparente cu electroni, serveau drept imagini. Ernst Ruska a construit, de asemenea, primul microscop electronic utilizat în scopuri comerciale în 1938. În 1986, Ruska a primit Premiul Nobel pentru fizică pentru supermicroscopul său. De-a lungul anilor, microscopia electronică a fost supusă continuu unor noi concepții și îmbunătățiri tehnice, astfel încât în prezent este imposibil să ne imaginăm știința fără microscopul electronic.
Forme, tipuri și feluri
Principalele tipuri de bază ale microscopului electronic includ microscopul electronic cu scanare (SEM) și microscopul electronic cu transmisie (TEM). Microscopul electronic cu scanare scanează un fascicul subțire de electroni pe un obiect solid. Electronii sau alte semnale care reapar din obiect sau care sunt retrodifuzate pot fi detectate sincron. Curentul detectat determină valoarea intensității pixelului pe care îl scanează fasciculul de electroni. De regulă, datele determinate pot fi afișate pe un ecran conectat. În acest fel, utilizatorul poate urmări acumularea imaginii în timp real. Când se scanează cu fasciculele electronice, microscopul electronic este limitat la suprafața obiectului. Pentru vizualizare, instrumentul direcționează imaginile pe un ecran fluorescent. După fotografiere, imaginile pot fi mărite până la 1: 200,000. Atunci când se utilizează un microscop electronic cu transmisie, originar de Ernst Ruska, obiectul de examinat, care trebuie să aibă o subțire adecvată, este iradiat de electroni. Grosimea adecvată a obiectului variază de la câțiva nanometri la câțiva micrometri, care depinde de numărul atomic al atomilor materialului obiect, de rezoluția dorită și de nivelul tensiunii de accelerare. Cu cât este mai mică tensiunea de accelerare și cu cât este mai mare numărul atomic, cu atât obiectul trebuie să fie mai subțire. Imaginea microscopului electronic de transmisie este formată din electronii absorbiți. Alte subtipuri ale microscopului electronic includ microscopul Kyroelectron (KEM), care este utilizat pentru studierea structurilor proteice complexe, și microscopul electronic de înaltă tensiune, care are o marjă de accelerație foarte mare. Este folosit pentru a imagina obiecte extinse.
Structura și modul de funcționare
Structura unui microscop electronic pare să aibă puține în comun cu un microscop cu lumină din interior. Cu toate acestea, există paralele. De exemplu, pistolul cu electroni este situat în partea de sus. În cel mai simplu caz, acesta poate fi un fir de tungsten. Acesta este încălzit și emite electroni. Fasciculul de electroni este focalizat de electro-magneți, care au o formă asemănătoare inelului. Electro-magneții sunt similari cu lentilele dintr-un microscop cu lumină. Fasciculul fin de electroni este acum capabil să scoată independent electroni din probă. Electronii sunt apoi colectați din nou de un detector, din care poate fi generată o imagine. Dacă fasciculul de electroni nu se mișcă, poate fi imaginat un singur punct. Cu toate acestea, dacă are loc scanarea unei suprafețe, are loc o schimbare. Fasciculul de electroni este deviat de electro-magneți și ghidat linie cu linie peste obiectul care urmează să fie examinat. Această scanare permite o imagine mărită și de înaltă rezoluție a obiectului. Dacă examinatorul dorește să se apropie și mai mult de obiect, trebuie doar să reducă zona din care este scanat fasciculul de electroni. Cu cât zona de scanare este mai mică, cu atât este mai mare obiectul afișat. Primul microscop electronic care a fost construit a mărit obiectele examinate de 400 de ori. În timpurile moderne, instrumentele pot mări un obiect chiar și de 500,000 de ori.
Beneficii medicale și pentru sănătate
Pentru medicină și ramuri științifice precum biologia, microscopul electronic este una dintre cele mai importante invenții. Astfel, rezultatele examinării fantastice pot fi obținute cu instrumentul. Deosebit de important pentru medicină a fost faptul că viruși ar putea fi acum examinate și cu un microscop electronic. Virusi, de exemplu, sunt de multe ori mai mici decât bacterii, deci nu pot fi imaginate în detaliu de un microscop cu lumină. Nici interiorul unei celule nu poate fi aprofundat în detaliu cu microscopii cu lumină. Cu toate acestea, acest lucru sa schimbat cu microscopul electronic. În zilele noastre, boli periculoase precum SIDA (HIV) sau turbare poate fi investigat mult mai bine cu microscopurile electronice. Cu toate acestea, microscopul electronic are și unele dezavantaje. De exemplu, obiectele examinate pot fi afectate de fasciculul de electroni din cauza încălzirii sau din cauza faptului că electronii care accelerează se ciocnesc cu atomi complecși. În plus, costurile de achiziție și întreținere ale unui microscop electronic sunt foarte mari. Din acest motiv, instrumentele sunt utilizate în principal de către institutele de cercetare sau furnizorii privați de servicii.
