Elektronisk mikroskop

Et elektronmikroskop bruker elektroner i stedet for fotoner eller synlig lys for å danne bilder av små gjenstander. Elektronmikroskoper lar høyere forstørrelser oppnås raskere enn de beste lysmikroskopene , fordi bølgelengden til elektroner er mye kortere enn for fotoner.

Det første elektronmikroskopet ble designet av Ernst Ruska og Max Knoll mellom 1925 og 1932 , basert på Louis-Victor de Broglies studier av bølgeegenskapene til elektroner .

Et skanningstransmisjonselektronmikroskop har oppnådd en oppløsning som er større enn 50  pm i ringmørkfelt-avbildningsmodus [ 1 ] og forstørrelse opp til ca. 10.000.000× mens de fleste lysmikroskoper er diffraksjonsbegrenset til en oppløsning på cirka  200nm og nyttige forstørrelser under 2000×. Elektronmikroskoper bruker formede magnetiske felt for å danne elektroniske optiske linsesystemer som er analoge med glasslinsene til et optisk lysmikroskop.

Elektronmikroskoper brukes til å undersøke ultrastrukturen til et bredt spekter av biologiske og uorganiske prøver, inkludert mikroorganismer , celler , store molekyler , biopsiprøver , metaller og linser . Industrielt brukes elektronmikroskoper ofte til kvalitetskontroll og feilanalyse . Moderne elektronmikroskoper produserer elektronmikrografer ved å bruke spesialiserte digitale kameraer og rammefangere for å fange bildene.

Begrensninger for elektronmikroskopet

Biologisk materiale presenterer to grunnleggende problemer: vakuummiljøet og energioverføring. For å løse dem brukes forskjellige teknikker avhengig av størrelsen på prøven: [ 2 ]

  1. kjemisk fiksering eller kryofiksering;
  2. inkludering i harpikser (kryosubstitusjon);
  3. metall kopi.
  1. negativ farging : de mest brukte fargemidlene er ammoniummolybdat , natriumfosfowolframat og uransalter som acetat og formiat . Alle av dem har følgende egenskaper: de interagerer minimalt med prøven og er stabile i interaksjonen med elektroner, de er svært løselige i vann, de har en høy tetthet som favoriserer kontrast, de har et høyt smeltepunkt, de har et lite kornstørrelse;
  2. den metalliske kopien : for å bygge den metalliske kopien fordampes metallet ( tinn ), som avsettes på prøven samtidig som det, på grunn av vakuumet, oppløses;
  3. kryomikroskopi . _ Siden 1980-tallet har forskere også i økende grad brukt kryofikseringsanalyse og forglassede prøver, noe som ytterligere bekrefter gyldigheten av denne teknikken. [ 3 ]​ [ 4 ]​ [ 5 ]

Typer elektronmikroskoper

Det er to hovedtyper av elektronmikroskop: transmisjonselektronmikroskopet og skanningselektronmikroskopet.

Transmisjonselektronmikroskop (TEM)

Transmisjonselektronmikroskopet (TEM) sender ut en stråle av elektroner rettet mot objektet hvis bilde skal forstørres. Noen av elektronene spretter av prøven, og danner dermed et forstørret bilde. For å bruke et transmisjonselektronmikroskop må prøven kuttes i tynne lag, ikke større enn ca. 2000 ångstrøm . Transmisjonselektronmikroskoper kan forstørre bildet av et objekt opptil en million ganger.

Skanneelektronmikroskop (SEM)

I skanningselektronmikroskopet (SEM) er prøven belagt med et lag av tynt metall, og feies med elektroner sendt fra en pistol. En detektor måler mengden elektroner som sendes som gir fra seg intensiteten til prøveområdet, og kan vise figurer i tre dimensjoner, projisert på et TV-bilde. Oppløsningen er mellom 3 og 20 nm, avhengig av mikroskopet. Det gjør det mulig å få bilder med høy oppløsning i stein, metalliske og organiske materialer. Lys erstattes av en stråle av elektroner, linser av elektromagneter, og prøver gjøres ledende ved å metallisere overflaten. Basert på arbeidet til Max Knoll på 1930-tallet, var det Manfred von Ardenne som klarte å oppfinne SEM i 1937, som besto av en elektronstråle som feide overflaten av prøven som skulle analyseres, som som svar sendte ut på nytt. noen partikler. Disse partiklene analyseres av de forskjellige sensorene som gjør det mulig å rekonstruere et tredimensjonalt bilde av overflaten.

Andre typer elektronmikroskoper

Applikasjoner på forskjellige områder

I studiet av integrerte kretser brukes elektronmikroskopet vanligvis på grunn av en merkelig egenskap: Ettersom det elektriske feltet modifiserer elektronenes bane, i en integrert krets i drift, sett under elektronmikroskopet, er potensialet ved hvert element. av kretsen.

Elektronkrystallografi er en metode som brukes til å bestemme arrangementet av atomer i faste stoffer gjennom et transmisjonselektronmikroskop. Denne metoden brukes i mange situasjoner der røntgenkrystallografi ikke kan brukes, og ble oppfunnet av Aaron Klug . [ 7 ]

Referanser

  1. ^ Erni, Rolf; Rossell, MD; Kisielowski, C; Dahmen, U (2009). "Atomic-Resolution Imaging med en sub-50-pm elektronsonde" . Physical Review Letters 102 (9): 096101. Bibcode : 2009PhRvL.102i6101E . PMID  19392535 . doi : 10.1103/PhysRevLett.102.096101 . 
  2. ^ de Jonge, N.; Ross, FM (2011). "Elektronmikroskopi av prøver i væske". Nature Nanotechnology 6 (8): 695-704. Bibcode : 2003NatMa...2..532W . PMID  12872162 . S2CID  21379512 . doi : 10.1038/nmat944 . 
  3. ↑ Adrian, Mark; Dubochet, Jacques; Lepault, Jean; McDowall, Alasdair W. (1984). "Kryo-elektronmikroskopi av virus" . Nature (Innsendt manuskript) 308 (5954): 32-36. Bibcode : 1984Natur.308...32A . PMID  6322001 . S2CID  4319199 . doi : 10.1038/308032a0 . 
  4. ↑ Sabanay, I.; Arad, T.; Weiner, S.; Geiger, B. (1991). "Studie av forglassede, ufargede frosne vevssnitt ved kryoimmunoelektronmikroskopi". Journal of Cell Science 100 (1): 227-236. PMID  1795028 . doi : 10.1242/jcs.100.1.227 . 
  5. ↑ Kasas, S.; Dumas, G.; Dietler, G.; Catsicas, S.; Adrian, M. (2003). "Vitrifisering av kryoelektronmikroskopiprøver avslørt ved høyhastighets fotografisk avbildning". Journal of Microscopy 211 (1): 48-53. PMID  12839550 . S2CID  40058086 . doi : 10.1046/j.1365-2818.2003.01193.x . 
  6. ↑ Smith, Yolanda (23. august 2018). Nyheter Medical Life Sciences, red. "Typer elektronmikroskoper" . 
  7. ↑ A.Klug 1978-1979. Bildeanalyse og rekonstruksjon i elektronmikroskopi av biologiske makromolekyler. ' Chemical Script ' ' ' 14 ' ' ' . 245 til 256

Eksterne lenker