מיקרוסקופ אלקטרונים

ה מיקרוסקופ אלקטרונים מייצג וריאנט חשוב של המיקרוסקופ הקלאסי בעזרת אלקטרונים הוא יכול לדמיין את פני השטח או את פנים האובייקט.

מהו מיקרוסקופ אלקטרונים?

בתקופות קדומות יותר נקרא גם מיקרוסקופ האלקטרונים מעל מיקרוסקופ. זה משמש כלי מדעי המאפשר הגדלה חזותית של אובייקטים על ידי יישום קרניים אלקטרוניות, המאפשר בירור מעמיק יותר.

בעזרת מיקרוסקופ אלקטרונים ניתן להשיג רזולוציות גבוהות בהרבה מאשר במיקרוסקופ אור. במקרה הטוב, מיקרוסקופי אור יכולים להשיג הגדלה של אלפיים פעמים. אם המרחק בין שתי נקודות הוא פחות ממחצית אורך גל האור, העין האנושית כבר לא מסוגלת לראות אותן בנפרד.

לעומת זאת, מיקרוסקופ אלקטרונים משיג הגדלה של 1: 1,000,000. ניתן לייחס זאת לעובדה כי גלי מיקרוסקופ האלקטרונים קצרים משמעותית מגלי האור. על מנת לחסל מולקולות אוויר מפריעות, קרן האלקטרונים ממוקדת על העצם בוואקום באמצעות שדות חשמליים מסיביים.

המיקרוסקופ האלקטרוני הראשון נוצר בשנת 1931 על ידי מהנדסי החשמל הגרמנים ארנסט רוסקה (1906-1988) ומקס קנול (1897-1969). אולם בתחילה לא השתמשו באובייקטים שקופים באלקטרונים כתמונות, אלא רשתות קטנות שעשויות מתכת. ארנסט רוסקה בנה גם את המיקרוסקופ האלקטרוני הראשון בשנת 1938, ששימש למטרות מסחריות. בשנת 1986 קיבל רוסקה את פרס נובל לפיזיקה על המיקרוסקופ העל שלו.

במהלך השנים, מיקרוסקופיית האלקטרונים עוברת ברציפות עיצובים ושיפורים טכניים חדשים, כך שמיקרוסקופ האלקטרונים הפך לחלק חיוני של המדע כיום.

צורות, סוגים וסוגים

הסוגים הבסיסיים החשובים ביותר של מיקרוסקופי אלקטרונים כוללים את מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק (SEM) ומיקרוסקופ האלקטרונים ההולכים (TEM). מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק סורק קרן אלקטרונים דקה מעל עצם מסיבי. ניתן לאתר אלקטרונים או אותות אחרים היוצאים מהאובייקט או מפוזרים לאחור. ערך העוצמה של נקודת התמונה שקרן האלקטרונים מזהה נקבע על ידי הזרם שזוהה.

ככלל, הנתונים שנקבעו יכולים להיות מוצגים על גבי מסך מחובר. בדרך זו המשתמש מסוגל לעקוב אחר מבנה התמונה בזמן אמת. בעת סריקה עם הקורות האלקטרוניות, מיקרוסקופ האלקטרונים מוגבל למשטח העצם. להמחשה הכלי מכוון את התמונות על גבי מסך ניאון. לאחר הצילום ניתן להגדיל את התמונות עד 1: 200,000.

כשמשתמשים במיקרוסקופ אלקטרונים להולכה שנעשה על ידי ארנסט רוסקה, הקרינה על ידי האלקטרונים מוחלטת על האובייקט שצריך לבדוק, שצריך להיות דק כראוי. העובי המתאים של העצם משתנה בין ננומטרים בודדים למספר מיקרומטר, וזה תלוי במספר האטומי של האטומים של חומר האובייקט, ברזולוציה הרצויה וברמת המתח המואץ. ככל שמתח ההאצה נמוך יותר ומספר האטום גבוה יותר, כך האובייקט צריך להיות דק יותר. הדימוי של מיקרוסקופ האלקטרונים ההולכים נוצר על ידי האלקטרונים הנקלטים.

תת-סוגים נוספים של מיקרוסקופ האלקטרונים הם מיקרוסקופ הסיירו-אלקטרונים (KEM) המשמש לבחינת מבני חלבון מורכבים, ומיקרוסקופ האלקטרונים במתח גבוה, אשר טווח תאוצה גבוה מאוד. הוא משמש לייצוג חפצים גדולים.

מבנה ופונקציונליות

נראה כי למבנה של מיקרוסקופ אלקטרונים אין הרבה מן המשותף למיקרוסקופ אור. אבל יש הקבלות. אקדח האלקטרונים ממוקם בחלקו העליון. במקרה הפשוט ביותר, זה יכול להיות חוט טונגסטן. זה מחומם ופולט אלקטרונים. קרן האלקטרונים ממוקדת על ידי אלקטרומגנטים בעלי צורה טבעתית. האלקטרומגנטים דומים לעדשות במיקרוסקופ האור.

קרן האלקטרונים העדינה מסוגלת כעת להוציא אלקטרונים מהדגימה באופן עצמאי. לאחר מכן נלכדים האלקטרונים שוב על ידי גלאי, ממנו ניתן ליצור תמונה. אם קרן האלקטרונים לא זזה, ניתן לצלם רק נקודה אחת. עם זאת, אם סרוקים אזור, מתרחש שינוי. קרן האלקטרונים מוסחת על ידי אלקטרומגנטים ומכוונת קו אחר קו על גבי האובייקט שיש לבחון. סריקה זו מאפשרת תמונה מוגדלת ברזולוציה גבוהה של האובייקט.

אם הבוחן רוצה להתקרב לאובייקט, הוא רק צריך לצמצם את האזור ממנו נסרקת קרן האלקטרונים. ככל שאזור הסריקה קטן יותר, כך מוצג האובייקט גדול יותר.

מיקרוסקופ האלקטרונים הראשון שנבנה הגביר את העצמים שבדק 400 פעמים. בימינו מכשירים יכולים אפילו להגדיל עצם 500,000 פעמים.

יתרונות רפואיים ובריאותיים

מיקרוסקופ האלקטרונים הוא אחת ההמצאות החשובות ביותר עבור רפואה ותחומים מדעיים כמו ביולוגיה. ניתן להשיג תוצאות בחינה פנטסטיות בעזרת הכלי.

חשובה במיוחד לרפואה הייתה העובדה שניתן לבחון כעת גם נגיפים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים. נגיפים קטנים פי כמה מחיידקים, כך שלא ניתן להציג אותם בפירוט באמצעות מיקרוסקופ אור.

גם לא ניתן לחקור את החלק הפנימי של התא באמצעות מיקרוסקופ האור. עם זאת, במיקרוסקופ האלקטרוני זה השתנה. כיום ניתן לחקור מחלות מסוכנות כמו איידס (HIV) או כלבת הרבה יותר טוב באמצעות מיקרוסקופים אלקטרוניים.

עם זאת, למיקרוסקופ האלקטרוני יש גם כמה חסרונות. לדוגמה, העצמים הנבדקים יכולים להיות מושפעים מקרן האלקטרונים מכיוון שהיא מתחממת או שהאלקטרונים המהירים מתנגשים באטומים שלמים. בנוסף, עלויות הרכישה והתחזוקה של מיקרוסקופ אלקטרונים מאוד גבוהות. מסיבה זו מכשירים משמשים בעיקר מכוני מחקר או נותני שירותים פרטיים.