מיקרוסקופ אלקטרונים: יישומים והטבות בריאותיות

מיקרוסקופ האלקטרונים מייצג וריאציה משמעותית של המיקרוסקופ הקלאסי. בעזרת אלקטרונים הוא יכול לדמיין את פני השטח או את פנים האובייקט.

מהו מיקרוסקופ אלקטרונים?

מיקרוסקופ האלקטרונים מייצג וריאציה משמעותית של המיקרוסקופ הקלאסי. בזמנים קודמים, מיקרוסקופ האלקטרונים היה ידוע גם בשם סופר מיקרוסקופ. הוא משמש מכשיר מדעי שדרכו ניתן להגדיל את האובייקטים באופן ציורי על ידי יישום קרניים אלקטרוניות, מה שמאפשר בדיקות יסודיות יותר. ניתן להשיג רזולוציות גבוהות בהרבה במיקרוסקופ אלקטרונים מאשר במיקרוסקופ אור. מיקרוסקופים אור יכולים להשיג הגדלה של אלפיים פעמים במקרה הטוב. עם זאת, אם המרחק בין שתי נקודות הוא פחות ממחצית אורך הגל של האור, העין האנושית כבר לא מסוגלת להבחין ביניהן בנפרד. לעומת זאת, מיקרוסקופ אלקטרונים משיג הגדלה של 1: 1,000,000. ניתן לייחס זאת לעובדה שגלי מיקרוסקופ האלקטרונים קצרים משמעותית מגלי האור. לחסל אוויר מפריע מולקולות, קרן האלקטרון ממוקדת על האובייקט בחלל ריק על ידי שדות חשמליים מסיביים. מיקרוסקופ האלקטרונים הראשון פותח בשנת 1931 על ידי מהנדסי החשמל הגרמניים ארנסט רוסקה (1906-1988) ומקס קנול (1897-1969). אולם בתחילה, רשתות מתכת קטנות ולא אובייקטים שקופים אלקטרונים שימשו כתמונות. ארנסט רוסקה גם בנה את מיקרוסקופ האלקטרונים הראשון ששימש למטרות מסחריות בשנת 1938. בשנת 1986 קיבל רוסקה את פרס נובל לפיזיקה על הסופר מיקרוסקופ שלו. לאורך השנים, מיקרוסקופ אלקטרונים עבר ללא הרף עיצובים חדשים ושיפורים טכניים, כך שבימינו לא ניתן לדמיין מדע ללא מיקרוסקופ האלקטרונים.

צורות, סוגים וסוגים

הסוגים הבסיסיים העיקריים של מיקרוסקופ אלקטרונים כוללים את מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק (SEM) ומיקרוסקופ האלקטרונים המשדרים (TEM). מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק סורק קרן אלקטרונים דקה על פני אובייקט מוצק. אלקטרונים או אותות אחרים המופיעים מחדש מהאובייקט או מפוזרים לאחור ניתנים לזיהוי סינכרוני. הזרם שזוהה קובע את ערך העוצמה של הפיקסל אותו קוראת האלקטרונים. ככלל ניתן להציג את הנתונים שנקבעו על גבי מסך מחובר. באופן זה המשתמש מסוגל לעקוב אחר הצטברות התמונה בזמן אמת. בעת סריקה עם הקורות האלקטרוניות, מיקרוסקופ האלקטרונים מוגבל לפני השטח של האובייקט. להדמיה, המכשיר מכוון את התמונות על פני מסך פלואורסצנטי. לאחר הצילום ניתן להגדיל את התמונות עד 1: 200,000. כאשר משתמשים במיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת, שמקורו בארנסט רוסקה, מקרינים האלקטרונים את האובייקט שיש לבחון, שחייב להיות בעל רזון מתאים. העובי המתאים של האובייקט משתנה מכמה ננומטרים למספר מיקרומטר, וזה תלוי במספר האטומי של אטומי חומר האובייקט, ברזולוציה הרצויה וברמת המתח המואץ. ככל שהמתח המואץ נמוך וככל שהמספר האטומי גבוה יותר, כך האובייקט חייב להיות דק יותר. הדימוי של מיקרוסקופ האלקטרונים המעבר נוצר על ידי האלקטרונים הנספגים. תת-סוגים אחרים של מיקרוסקופ האלקטרונים כוללים את מיקרוסקופ הקירואלקטרונים (KEM), המשמש לחקר מבני חלבון מורכבים, ומיקרוסקופ האלקטרונים במתח גבוה, בעל מרווח תאוצה גבוה מאוד. הוא משמש לתמונת אובייקטים נרחבים.

מבנה ואופן פעולה

נראה כי למבנה של מיקרוסקופ אלקטרונים אין הרבה מהמשותף למיקרוסקופ אור מבפנים. אף על פי כן, יש מקבילות. לדוגמה, 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 דמוית טבעת. האלקטרומגנטים דומים לעדשות במיקרוסקופ אור. קרן האלקטרונים העדינה מסוגלת כעת לדפוק אלקטרונים באופן עצמאי מהמדגם. האלקטרונים נאספים שוב על ידי גלאי שממנו ניתן ליצור תמונה. אם קרן האלקטרון לא זזה, ניתן לדמיין נקודה אחת בלבד. עם זאת, אם סריקת המשטח מתרחשת, מתרחש שינוי. קרן האלקטרון מוסטת על ידי אלקטרומגנטים ומובלת קו אחר קו מעל האובייקט שיש לבחון. סריקה זו מאפשרת תמונה מוגדלת ורזולוציה גבוהה של האובייקט. אם הבודק רוצה להתקרב עוד יותר לאובייקט, הוא רק צריך לצמצם את השטח ממנו נסרקת קרן האלקטרונים. ככל שאזור הסריקה קטן יותר, כך האובייקט מוצג גדול יותר. מיקרוסקופ האלקטרונים הראשון שנבנה הגדיל את העצמים שנבדקו 400 פעמים. בתקופה המודרנית, הכלים יכולים להגדיל אובייקט אפילו פי 500,000.

יתרונות רפואיים ובריאותיים

עבור רפואה וענפים מדעיים כמו ביולוגיה, מיקרוסקופ האלקטרונים הוא אחד ההמצאות החשובות ביותר. לפיכך, ניתן להשיג תוצאות בדיקה נהדרות באמצעות המכשיר. חשוב במיוחד לרפואה הייתה העובדה ש וירוסים ניתן היה לבחון כעת גם במיקרוסקופ אלקטרונים. וירוסים, למשל, הם קטנים פי כמה מ- בקטריה, כך שלא ניתן לצלם אותם בפירוט באמצעות מיקרוסקופ אור. וגם לא ניתן להבין את החלק הפנימי של התא במיקרוסקופי אור. עם זאת, זה השתנה עם מיקרוסקופ האלקטרונים. כיום, מחלות מסוכנות כגון איידס (HIV) או כלבת ניתן לחקור הרבה יותר טוב בעזרת מיקרוסקופים אלקטרוניים. עם זאת, למיקרוסקופ האלקטרונים יש גם כמה חסרונות. לדוגמא, האובייקטים שנבדקו יכולים להיות מושפעים מקרן האלקטרונים בגלל חימום או בגלל שהאלקטרונים המהירים מתנגשים באטומים שלמים. בנוסף, עלויות הרכישה והתחזוקה של מיקרוסקופ אלקטרונים גבוהות מאוד. מסיבה זו, המכשירים משמשים בעיקר מכוני מחקר או נותני שירותים פרטיים.