Elektronski mikroskop: aplikacije in koristi za zdravje

Elektronski mikroskop predstavlja pomembno spremembo klasičnega mikroskopa. S pomočjo elektronov lahko slika površino ali notranjost predmeta.

Kaj je elektronski mikroskop?

Elektronski mikroskop predstavlja pomembno spremembo klasičnega mikroskopa. V prejšnjih časih je bil elektronski mikroskop znan tudi kot supermikroskop. Služi kot znanstveni instrument, s pomočjo katerega je mogoče predmete slikovno povečati z uporabo elektronskih žarkov, kar omogoča temeljitejše preiskave. Veliko višje ločljivosti lahko dosežemo z elektronskim mikroskopom kot s svetlobnim mikroskopom. Svetlobni mikroskopi lahko v najboljšem primeru dosežejo dva tisočkratno povečavo. Če pa je razdalja med dvema točkama manjša od polovice valovne dolžine svetlobe, ju človeško oko ne more več ločevati. Po drugi strani pa elektronski mikroskop doseže povečavo 1: 1,000,000. To lahko pripišemo dejstvu, da so valovi elektronskega mikroskopa bistveno krajši od svetlobnih valov. Za odpravo motečega zraka molekule, elektronski žarek je z masivnimi električnimi polji usmerjen na predmet v vakuumu. Prvi elektronski mikroskop sta leta 1931 razvila nemška elektroinženirja Ernst Ruska (1906-1988) in Max Knoll (1897-1969). Sprva pa so kot podobe služile majhne kovinske rešetke in ne elektronsko prosojni predmeti. Ernst Ruska je leta 1938 izdelal tudi prvi elektronski mikroskop, ki se je uporabljal v komercialne namene. Leta 1986 je Ruska za svoj supermikroskop prejel Nobelovo nagrado za fiziko. V preteklih letih je bila elektronska mikroskopija neprestano podvržena novim dizajnom in tehničnim izboljšavam, tako da si danes znanosti ni mogoče predstavljati brez elektronskega mikroskopa.

Oblike, vrste in vrste

Glavni osnovni vrsti elektronskega mikroskopa sta skenirni elektronski mikroskop (SEM) in prenosni elektronski mikroskop (TEM). Skenirni elektronski mikroskop skenira tanek elektronski žarek čez trden predmet. Elektrone ali druge signale, ki se ponovno pojavijo iz predmeta ali so ponovno razpršeni, je mogoče zaznati sinhrono. Zaznani tok določa vrednost intenzitete piksla, ki ga elektronski žarek skenira. Določene podatke lahko praviloma prikažemo na povezanem zaslonu. Na ta način lahko uporabnik v realnem času spremlja nastajanje slike. Pri skeniranju z elektronskimi žarki je elektronski mikroskop omejen na površino predmeta. Za vizualizacijo instrument usmerja slike po fluorescentnem zaslonu. Po fotografiranju lahko slike povečate do 1: 200,000. Pri uporabi prenosnega elektronskega mikroskopa, ki ga je ustvaril Ernst Ruska, predmet, ki ga je treba pregledati in mora imeti primerno tankost, obsevajo elektroni. Ustrezna debelina predmeta se giblje od nekaj nanometrov do več mikrometrov, kar je odvisno od atomskega števila atomov materiala predmeta, želene ločljivosti in stopnje pospeševalne napetosti. Nižja kot je pospeševalna napetost in višje je atomsko število, tanjši mora biti predmet. Podobo prenosnega elektronskega mikroskopa tvorijo absorbirani elektroni. Med druge podtipe elektronskega mikroskopa sodijo kiroelektronski mikroskop (KEM), ki se uporablja za preučevanje zapletenih beljakovinskih struktur, in visokonapetostni elektronski mikroskop, ki ima zelo visoko stopnjo pospeška. Uporablja se za slikanje obsežnih predmetov.

Struktura in način delovanja

Zdi se, da ima zgradba elektronskega mikroskopa le malo skupnega s svetlobnim mikroskopom v notranjosti. Kljub temu obstajajo vzporednice. Na primer, elektronska pištola je nameščena na vrhu. V najpreprostejšem primeru je to lahko volframova žica. Ta se segreje in oddaja elektrone. Elektronski žarek je usmerjen z elektromagneti, ki imajo obročasto obliko. Elektromagneti so podobni lečam v svetlobnem mikroskopu. Fini elektronski žarek lahko zdaj samostojno izbije elektrone iz vzorca. Nato elektrone znova zbere detektor, iz katerega je mogoče ustvariti sliko. Če se elektronski žarek ne premakne, je mogoče posneti samo eno točko, če pa se skenira površina, pride do spremembe. Elektronski žarek odklonijo elektromagneti in ga vodijo črto za črto nad predmetom, ki ga je treba pregledati. To skeniranje omogoča povečano sliko predmeta z visoko ločljivostjo. Če se želi izpraševalec še bolj približati predmetu, mora le zmanjšati površino, s katere je skeniran elektronski žarek. Manjše je območje optičnega branja, večji je predmet. Prvi zgrajeni elektronski mikroskop je pregledane predmete povečal 400-krat. V sodobnem času lahko instrumenti predmet povečajo celo 500,000-krat.

Zdravstvene in zdravstvene koristi

Za medicino in znanstvene vede, kot je biologija, je elektronski mikroskop eden najpomembnejših izumov. Tako lahko z instrumentom dobite fantastične rezultate preiskav. Za medicino je bilo še posebej pomembno dejstvo, da virusi zdaj lahko pregledali tudi z elektronskim mikroskopom. Virusina primer so velikokrat manjši od bakterije, zato jih svetlobni mikroskop ne more podrobno posneti. Notranjosti celice tudi ni mogoče natančno dojeti s svetlobnimi mikroskopi. Vendar se je to z elektronskim mikroskopom spremenilo. Dandanes nevarne bolezni, kot so AIDS (HIV) oz steklina je mogoče veliko bolje raziskati z elektronskimi mikroskopi. Vendar ima elektronski mikroskop tudi nekaj pomanjkljivosti. Na preiskane predmete lahko na primer vpliva elektronski žarek zaradi segrevanja ali ker hitri elektroni trčijo s popolnimi atomi. Poleg tega so stroški nabave in vzdrževanja elektronskega mikroskopa zelo visoki. Zato instrumente uporabljajo predvsem raziskovalni inštituti ali zasebni ponudniki storitev.