elektronimikroskooppi on tärkeä variantti klassisesta mikroskoopista.Elektronien avulla se voi kuvata kohteen pinnan tai sisäosan.
Mikä on elektronimikroskooppi?
Aikaisemmin aikoina kutsuttiin myös elektronimikroskooppia Yli mikroskooppi. Se toimii tieteellisenä työkaluna, joka mahdollistaa esineiden visuaalisen suurentamisen käyttämällä elektronisia säteitä, mikä mahdollistaa perusteellisemman tutkimuksen.
Elektronimikroskoopilla voidaan saavuttaa paljon korkeammat resoluutiot kuin valomikroskoopilla. Parhaassa tapauksessa valomikroskoopit voivat saavuttaa kaksituhatta kertaa suurennuksen. Jos kahden pisteen välinen etäisyys on alle puolet valon aallonpituudesta, ihmisen silmä ei enää pysty näkemään niitä erikseen.
Toisaalta elektronimikroskooppi saavuttaa suurennuksen 1: 1 000 000. Tämä voidaan jäljittää tosiasiaan, että elektronimikroskoopin aallot ovat huomattavasti lyhyempiä kuin valon aallot. Häiriöiden aiheuttavien ilmamolekyylien eliminoimiseksi elektronisuihku keskittyy tyhjiössä olevaan esineeseen massiivisten sähkökenttien avulla.
Ensimmäisen elektronimikroskoopin loivat vuonna 1931 saksalaiset sähköinsinöörit Ernst Ruska (1906-1988) ja Max Knoll (1897-1969). Aluksi kuvina ei käytetty elektronisesti läpinäkyviä esineitä, vaan pieniä metallista tehtyjä ristikoita. Ernst Ruska rakensi myös vuonna 1938 ensimmäisen elektronimikroskoopin, jota käytettiin kaupallisiin tarkoituksiin. Vuonna 1986 Ruska sai Nobelin fysiikan palkinnon supermikroskoopista.
Vuosien mittaan elektronimikroskopialle on jatkuvasti tehty uusia malleja ja teknisiä parannuksia, joten elektronimikroskoopista on tullut nykypäivän välttämätön osa tiedettä.
Muodot, tyypit ja tyypit
Tärkeimpiä elektronimikroskooppien perustyyppejä ovat skannaava elektronimikroskooppi (SEM) ja läpäisevä elektronimikroskooppi (TEM). Pyyhkäisyelektronimikroskooppi skannaa ohuen elektronisuihkun massiivisen esineen yli. Kohteesta tulevat tai hajallaan olevat elektronit tai muut signaalit voidaan havaita synkronoidusti. Elektronisuihkun tunnistaman kuvapisteen voimakkuusarvo määritetään havaitun virran avulla.
Pääsääntöisesti määritetty data voidaan näyttää liitetyllä näytöllä. Tällä tavalla käyttäjä pystyy seuraamaan kuvan rakennetta reaaliajassa. Kun skannataan elektronisilla säteillä, elektronimikroskooppi on rajoitettu kohteen pintaan. Näyttöä varten instrumentti ohjaa kuvat fluoresoivan näytön yli. Kuvien ottamisen jälkeen kuvia voidaan suurentaa enintään 1: 200 000.
Kun käytetään Ernst Ruskan tekemää siirtoelektronimikroskooppia, tutkittava kohde, jonka on oltava sopivasti ohut, säteilytetään elektroneilla. Kohteen sopiva paksuus vaihtelee muutaman nanometrin ja usean mikrometrin välillä, mikä riippuu kohdemateriaalin atomien atomimäärästä, halutusta resoluutiosta ja kiihtyvän jännitteen tasosta. Mitä pienempi kiihtymisjännite ja mitä suurempi atominumero, sitä ohuemman esineen on oltava. Siirtyneiden elektronimikroskooppien kuvan muodostavat absorboituneet elektronit.
Elektronimikroskoopin muita alatyyppejä ovat syroelektronimikroskooppi (KEM), jota käytetään monimutkaisten proteiinirakenteiden tutkimiseen, ja korkeajännite elektronimikroskooppi, jolla on erittäin korkea kiihtyvyysalue. Sitä käytetään edustamaan suuria esineitä.
Rakenne ja toiminnallisuus
Elektronimikroskoopin rakenteella näyttää olevan vain vähän yhteistä valomikroskoopin kanssa. Mutta on rinnakkaisia. Elektroni-ase sijaitsee yläosassa. Yksinkertaisimmassa tapauksessa se voi olla volframilanka. Tämä lämmitetään ja emittoi elektronia. Elektronisuihku keskittyy sähkömagneetteilla, joilla on rengasmainen muoto. Sähkömagneetit ovat samanlaisia kuin valomikroskoopin linssit.
Hieno elektronisuihku pystyy nyt itsenäisesti koputtamaan elektroneja näytteestä. Sitten elektronit vangitaan uudelleen ilmaisimella, josta kuva voidaan generoida. Jos elektronisuihku ei liiku, vain yksi piste voidaan kuvata. Jos alue skannataan, tapahtuu kuitenkin muutos. Elektronisuihku ohjaa elektromagneetteja ja ohjaa linjaa riviltä tutkittavan kohteen yli. Tämä skannaus mahdollistaa suurennetun ja korkean resoluution kuvan objektista.
Jos tutkija haluaa päästä lähemmäksi kohdetta, hänen on vain pienennettävä aluetta, josta elektronisuihku skannataan. Mitä pienempi skannausalue, sitä suurempi kohde näytetään.
Ensimmäinen rakennettava elektronimikroskooppi suurensi tutkittuja kohteita 400 kertaa. Nykyään instrumentit voivat jopa suurentaa objektia 500 000 kertaa.
Lääketieteelliset ja terveyshyödyt
Elektronimikroskooppi on yksi tärkeimmistä keksinnöistä lääketieteessä ja tieteen aloilla, kuten biologia. Instrumentilla voidaan saavuttaa upeita tutkimustuloksia.
Erityisen tärkeätä lääketiedelle oli se, että viruksia voidaan nyt tutkia myös elektronimikroskoopilla. Virukset ovat monta kertaa pienemmät kuin bakteerit, joten niitä ei voida näyttää yksityiskohtaisesti valomikroskoopilla.
Solun sisäosaa ei voida myöskään tutkia tarkasti valomikroskoopilla. Elektronimikroskoopilla tämä kuitenkin muuttui. Nykyään vaaralliset sairaudet, kuten AIDS (HIV) tai raivotauti, voidaan tutkia paljon paremmin elektronisilla mikroskoopeilla.
Elektronimikroskoopilla on kuitenkin myös joitain haittoja. Esimerkiksi tutkittaviin kohteisiin voi vaikuttaa elektronisuihku, koska se kuumenee tai nopeat elektronit törmäävät kokonaisten atomien kanssa. Lisäksi elektronimikroskoopin hankinta- ja ylläpitokustannukset ovat erittäin korkeat. Tästä syystä instrumentteja käyttävät pääasiassa tutkimuslaitokset tai yksityiset palveluntarjoajat.
