technologická archeológia)
Niektoré elektrónové mikroskopy obnovujú firmvér kozmických lodí, iné spätne analyzujú obvody mikroobvodov pod mikroskopom. Mám podozrenie, že tá činnosť je strašne vzrušujúca.
A mimochodom, spomenul som si na úžasný príspevok o priemyselnej archeológii.
Spojler
Existujú dva typy firemnej pamäte: ľudia a dokumentácia. Ľudia si pamätajú, ako veci fungujú a vedia prečo. Niekedy si tieto informácie niekam zapíšu a svoje poznámky si niekde uložia. Toto sa nazýva „dokumentácia“. Firemná amnézia funguje rovnakým spôsobom: ľudia odchádzajú a dokumentácia mizne, hnije alebo je jednoducho zabudnutá.
Niekoľko desaťročí som pracoval pre veľkú petrochemickú spoločnosť. Začiatkom osemdesiatych rokov sme navrhli a postavili závod, ktorý premieňa uhľovodíky na iné uhľovodíky. Počas nasledujúcich 30 rokov sa spomienka spoločnosti na závod vytratila. Áno, závod stále funguje a prináša spoločnosti peniaze; vykonáva sa údržba a vysoko múdri špecialisti vedia, čo musia ťahať a kam kopať, aby zariadenie ďalej fungovalo.
Spoločnosť však úplne zabudla, ako tento závod funguje.
Stalo sa to v dôsledku niekoľkých faktorov:
Úpadok petrochemického priemyslu v 80. a 90. rokoch minulého storočia spôsobil, že sme prestali prijímať nových ľudí. Koncom 90. rokov našu skupinu tvorili chalani do 35 rokov alebo nad 55 rokov – až na veľmi zriedkavé výnimky.
Pomaly sme prešli na navrhovanie pomocou počítačových systémov.
Kvôli firemným reorganizáciám sme museli fyzicky presťahovať celú našu kanceláriu z miesta na miesto.
Firemná fúzia o niekoľko rokov neskôr úplne rozpustila našu firmu na väčšiu, čo spôsobilo veľkú reorganizáciu oddelení a personálnu prestavbu.
Priemyselná archeológia
Začiatkom roku 2000 sme s niekoľkými mojimi kolegami odišli do dôchodku.
Koncom roku 2000 si spoločnosť spomenula na rastlinu a myslela si, že by bolo pekné s ňou niečo urobiť. Povedzme, zvýšiť produkciu. Môžete napríklad nájsť prekážku vo výrobnom procese a vylepšiť ho – technológia nezostala stáť už 30 rokov – a možno pridať ďalšiu dielňu.
A potom firma celou silou narazí do tehlovej steny. Ako bol tento závod postavený? Prečo to bolo postavené tak a nie inak? Ako presne to funguje? Prečo je potrebná kade A, prečo sú dielne B a C prepojené potrubím, prečo má potrubie priemer D a nie D?
Firemná amnézia v akcii. Obrovské stroje, ktoré postavili mimozemšťania pomocou svojej mimozemskej technológie, šampionajú, ako keby boli zničené, produkujúc hromady polymérov. Spoločnosť má určitú predstavu o tom, ako tieto stroje udržiavať, ale netuší, aká úžasná mágia sa deje vo vnútri a nikto nemá ani najmenšiu predstavu o tom, ako boli vytvorené. Vo všeobecnosti si ľudia ani nie sú istí, čo presne majú hľadať, a nevedia, na ktorú stranu majú túto spleť rozmotať.
Hľadáme chlapov, ktorí už pri výstavbe tohto závodu vo firme pracovali. Teraz obsadzujú vysoké funkcie a sedia v oddelených, klimatizovaných kanceláriách. Dostanú za úlohu nájsť dokumentáciu pre určený závod. Toto už nie je firemná pamäť, je to skôr priemyselná archeológia. Nikto nevie, aká dokumentácia k tomuto závodu existuje, či vôbec existuje, a ak áno, v akej forme je uložená, v akých formátoch, čo obsahuje a kde sa fyzicky nachádza. Závod bol navrhnutý dizajnérskym tímom, ktorý už neexistuje, v spoločnosti, ktorá bola medzitým získaná, v kancelárii, ktorá bola zatvorená, s použitím metód pred počítačovým vekom, ktoré sa už nepoužívajú.
Chlapi si zaspomínajú na detstvo s povinným hrabaním sa v špine, vyhrnú si rukávy drahých búnd a dajú sa do práce.
Ako funguje elektrónový mikroskop? Aký je jeho rozdiel od optického mikroskopu, existuje medzi nimi nejaká analógia?
Prevádzka elektrónového mikroskopu je založená na vlastnosti nehomogénnych elektrických a magnetických polí, ktoré majú rotačnú symetriu, mať zaostrovací účinok na elektrónové lúče. Úlohu šošoviek v elektrónovom mikroskope teda zohráva súbor vhodne vypočítaných elektrických a magnetických polí; zodpovedajúce zariadenia, ktoré vytvárajú tieto polia, sa nazývajú „elektronické šošovky“.
V závislosti od typu elektronických šošoviek elektrónové mikroskopy sa delia na magnetické, elektrostatické a kombinované.
Aké typy predmetov možno skúmať pomocou elektrónového mikroskopu?
Rovnako ako v prípade optického mikroskopu, predmety môžu byť po prvé „samosvietiace“, to znamená, že slúžia ako zdroj elektrónov. Ide napríklad o vyhrievanú katódu alebo osvetlenú fotoelektrónovú katódu. Po druhé, môžu sa použiť predmety, ktoré sú „transparentné“ pre elektróny s určitou rýchlosťou. Inými slovami, pri práci v prenose musia byť predmety dostatočne tenké a elektróny dostatočne rýchle, aby prešli predmetmi a dostali sa do systému elektrónových šošoviek. Okrem toho pomocou odrazených elektrónových lúčov možno študovať povrchy masívnych predmetov (hlavne kovov a metalizovaných vzoriek). Táto metóda pozorovania je podobná metódam reflexnej optickej mikroskopie.
Podľa charakteru štúdia objektov sa elektrónové mikroskopy delia na transmisné, reflexné, emisné, rastrové, tieňové a zrkadlové.
Najrozšírenejšie sú v súčasnosti elektromagnetické mikroskopy transmisného typu, v ktorých obraz vytvárajú elektróny prechádzajúce objektom pozorovania. Pozostáva z týchto hlavných komponentov: osvetľovací systém, objektová kamera, zaostrovací systém a jednotka na záznam finálneho obrazu, pozostávajúca z kamery a fluorescenčnej obrazovky. Všetky tieto uzly sú navzájom spojené a tvoria takzvaný mikroskopický stĺpec, vo vnútri ktorého je udržiavaný tlak. Osvetľovacia sústava sa zvyčajne skladá z trojelektródového elektrónového dela (katóda, zaostrovacia elektróda, anóda) a kondenzorovej šošovky (hovoríme o elektrónových šošovkách). Vytvára zväzok rýchlych elektrónov požadovaného prierezu a intenzity a smeruje ho na skúmaný objekt nachádzajúci sa v objektovej komore. Lúč elektrónov prechádzajúci objektom vstupuje do zaostrovacieho (projekčného) systému pozostávajúceho zo šošovky objektívu a jednej alebo viacerých projekčných šošoviek.
Elektrónová mikroskopia je metóda na štúdium štruktúr, ktoré sú mimo viditeľnosti svetelného mikroskopu a majú rozmery menšie ako jeden mikrón (od 1 µm do 1-5 Å).
Činnosť elektrónového mikroskopu (obr.) je založená na využití usmerneného toku, ktorý pôsobí vo svetelnom mikroskope ako svetelný lúč a úlohu šošoviek zohrávajú magnety (magnetické šošovky).
Vzhľadom na to, že rôzne oblasti skúmaného objektu zadržiavajú elektróny rôznymi spôsobmi, obrazovka elektrónového mikroskopu vytvára čiernobiely obraz skúmaného objektu, zväčšený desať a stotisíckrát. Transmisné elektrónové mikroskopy sa používajú najmä v biológii a medicíne.
Elektrónová mikroskopia vznikla v 30. rokoch 20. storočia, keď boli získané prvé snímky určitých vírusov (vírus tabakovej mozaiky a bakteriofágy). V súčasnosti našla elektrónová mikroskopia najširšie uplatnenie vo virológii a virológii, čo viedlo k vytvoreniu nových vedných odborov. V elektrónovej mikroskopii biologických objektov sa používajú špeciálne metódy prípravy. Je to potrebné na identifikáciu jednotlivých komponentov skúmaných objektov (bunky, baktérie, vírusy atď.), ako aj na zachovanie ich štruktúry v podmienkach vysokého vákua pod elektrónovým lúčom. Pomocou elektrónovej mikroskopie sa študuje vonkajší tvar objektu a molekulárna organizácia jeho povrchu, metódou ultratenkých rezov sa študuje vnútorná štruktúra objektu.
Elektrónová mikroskopia v kombinácii s biochemickými, cytochemickými výskumnými metódami, imunofluorescenciou, ako aj röntgenovou difrakčnou analýzou umožňuje posúdiť zloženie a funkciu štruktúrnych prvkov buniek a vírusov.
Elektrónový mikroskop zo 70. rokov 20. storočia
Elektrónová mikroskopia je štúdium mikroskopických objektov pomocou elektrónového mikroskopu.
Elektrónový mikroskop je elektrónovo-optický prístroj, ktorý má rozlíšenie niekoľkých angstromov a umožňuje vizuálne študovať jemnú štruktúru mikroskopických štruktúr a dokonca aj niektorých molekúl.
Ako zdroj elektrónov na vytvorenie elektrónového lúča, ktorý nahrádza svetelný lúč, slúži trojelektródové delo, pozostávajúce z katódy, riadiacej elektródy a anódy (obr. 1).
Ryža. 1. Trojelektródová pištoľ: 1 - katóda; 2 - riadiaca elektróda; 3 - elektrónový lúč; 4 - anóda.
Elektromagnetické šošovky, používané v elektrónovom mikroskope namiesto optických, sú viacvrstvové solenoidy uzavreté v puzdrách z magneticky mäkkého materiálu, ktoré majú na vnútornej strane nemagnetickú medzeru (obr. 2).
Ryža. 2. Elektromagnetická šošovka: 1 - pólový nástavec; 2 - mosadzný krúžok; 3 - vinutie; 4 - škrupina.
Elektrické a magnetické polia vytvorené v elektrónovom mikroskope sú osovo symetrické. Pôsobením týchto polí sa nabité častice (elektróny) vyžarujúce z jedného bodu objektu v malom uhle znovu poskladajú v rovine obrazu. Celý elektrónovo-optický systém je obsiahnutý v stĺpci elektrónového mikroskopu (obr. 3).
Ryža. 3. Elektrooptický systém: 1 - riadiaca elektróda; 2 - membrána prvého kondenzátora; 3 - membrána druhého kondenzátora; 4 - stigmatizátor druhého kondenzátora; 5 - objekt; 6 - šošovka objektívu; 7 - stigmatizátor šošovky objektívu; 8 - stredný stigmatizátor šošovky; 9 - clona projekčnej šošovky; 10 - katóda; 11 - anóda; 12 - prvý kondenzátor; 13 - druhý kondenzátor; 14 - korektor zaostrenia; 15 - stôl držiaka predmetov; 16 - clona objektívu; 17 - membrána voliča; 18 - stredná šošovka; 19 - projekčná šošovka; 20 - obrazovka.
Elektrónový lúč vytvorený elektrónovým delom je nasmerovaný do poľa pôsobenia kondenzátorových šošoviek, ktoré umožňujú meniť hustotu, priemer a apertúru lúča dopadajúceho na skúmaný objekt v širokom rozsahu. V komore objektu je inštalovaný stôl, ktorého konštrukcia zabezpečuje pohyb objektu vo vzájomne kolmých smeroch. V tomto prípade môžete postupne kontrolovať oblasť rovnajúcu sa 4 mm 2 a vybrať najzaujímavejšie oblasti.
Za fotoaparátom objektu sa nachádza objektív, ktorý umožňuje ostrý obraz objektu. Poskytuje aj prvý zväčšený obraz objektu a pomocou následných, medzišošoviek a projekčných šošoviek možno celkové zväčšenie zvýšiť na maximum. Obraz objektu sa objaví na obrazovke, ktorá luminiscuje pod vplyvom elektrónov. Za obrazovkou sú fotografické dosky. Stabilita elektrónového dela, ako aj čistota obrazu, spolu s ďalšími faktormi (stálosť vysokého napätia a pod.) do značnej miery závisia od hĺbky vákua v stĺpci elektrónového mikroskopu, preto kvalita prístroja je do značnej miery určená vákuovým systémom (čerpadlá, čerpacie kanály, kohútiky, ventily, tesnenia) (obr. 4). Požadované vákuum vo vnútri kolóny je dosiahnuté vďaka vysokej účinnosti vákuových čerpadiel.
Mechanická predvákuová pumpa vytvorí predbežné vákuum v celom vákuovom systéme, potom sa uvedie do činnosti olejová difúzna pumpa; obe čerpadlá sú zapojené do série a zabezpečujú vysoké vákuum v stĺpci mikroskopu. Zavedenie olejovej posilňovacej pumpy do systému elektrónového mikroskopu umožnilo vypnúť predvakuovú pumpu na dlhú dobu.
Ryža. 4. Vákuový obvod elektrónového mikroskopu: 1 - lapač chladený tekutým dusíkom (chladiace vedenie); 2 - vysokovákuový ventil; 3 - difúzne čerpadlo; 4 - obtokový ventil; 5 - malý vyrovnávací valec; 6 - posilňovacie čerpadlo; 7 - mechanické predvakuové čerpadlo predbežného vákua; 8 - štvorcestný ventil; 9 - veľký vyrovnávací valec; 10 - stĺpec elektrónového mikroskopu; 11 - ventil prívodu vzduchu do stĺpca mikroskopu.
Elektrický obvod mikroskopu tvoria zdroje vysokého napätia, ohrev katódy, napájanie elektromagnetických šošoviek, ako aj systém, ktorý zabezpečuje striedavé sieťové napätie elektromotora predevakuového čerpadla, pece difúzneho čerpadla a osvetlenia ovládacieho panela. Na napájacie zariadenie sú kladené veľmi vysoké požiadavky: napríklad pre elektrónový mikroskop s vysokým rozlíšením by stupeň nestability vysokého napätia nemal presiahnuť 5·10 -6 za 30 sekúnd.
V dôsledku tepelnej emisie sa vytvára intenzívny elektrónový lúč. Zdrojom vlákna pre katódu, ktorým je volfrámové vlákno v tvare V, je vysokofrekvenčný generátor. Generované napätie s frekvenciou oscilácie 100-200 kHz poskytuje monochromatický elektrónový lúč. Šošovky elektrónového mikroskopu sú napájané konštantným, vysoko stabilizovaným prúdom.
Ryža. 5. Elektrónový mikroskop UEMV-100B na štúdium živých mikroorganizmov.
Zariadenia sa vyrábajú (obr. 5) s garantovaným rozlíšením 4,5 Å; Na jednotlivých unikátnych fotografiách sa podarilo získať rozlíšenie 1,27 Å, blížiace sa veľkosti atómu. Užitočné zvýšenie je v tomto prípade 200 000.
Elektrónový mikroskop je presný prístroj, ktorý si vyžaduje špeciálne metódy prípravy. Biologické objekty majú nízky kontrast, preto je potrebné umelo zvýšiť kontrast lieku. Existuje niekoľko spôsobov, ako zvýšiť kontrast prípravkov. Zatienením preparátu pod uhlom platinou, volfrámom, uhlíkom atď. je možné určiť rozmery pozdĺž všetkých troch osí priestorového súradnicového systému na fotografiách z elektrónového mikroskopu. S pozitívnym kontrastom sa liek kombinuje s vo vode rozpustnými soľami ťažkých kovov (octan uranyl, oxid olovnatý, manganistan draselný atď.). Pri negatívnom kontraste je prípravok obklopený tenkou vrstvou amorfnej látky vysokej hustoty, nepreniknuteľnej pre elektróny (molybdenan amónny, octan uranyl, kyselina fosfowolfrámová atď.).
Elektrónová mikroskopia vírusov (viroskopia) viedla k výraznému pokroku v štúdiu ultrajemnej, submolekulárnej štruktúry vírusov (pozri). Spolu s fyzikálnymi, biochemickými a genetickými metódami výskumu prispelo k vzniku a rozvoju molekulárnej biológie aj využitie elektrónovej mikroskopie. Predmetom štúdia tohto nového odvetvia biológie je submikroskopická organizácia a fungovanie ľudských, živočíšnych, rastlinných, bakteriálnych a mykoplazmových buniek, ako aj organizácia rickettsie a vírusov (obr. 6). Vírusy, veľké molekuly bielkovín a nukleových kyselín (RNA, DNA), jednotlivé bunkové fragmenty (napríklad molekulárnu štruktúru bakteriálnej bunkovej membrány) je možné skúmať pomocou elektrónového mikroskopu po špeciálnej úprave: kovové tienenie, pozitívne alebo negatívne kontrastné s uranylacetát alebo kyselina fosfowolfrámová, ako aj iné zlúčeniny (obr. 7).
Ryža. 6. Bunka kultúry srdcového tkaniva opice Cynomolgus infikovaná vírusom variola (X 12 000): 1 - jadro; 2 - mitochondrie; 3 - cytoplazma; 4 - vírus.
Ryža. 7. Vírus chrípky (negatívny kontrast (X450 000): 1 - obal; 2 - ribonukleoproteín.
Metódou negatívneho kontrastu boli na povrchu mnohých vírusov objavené pravidelne usporiadané skupiny proteínových molekúl – kapsómy (obr. 8).
Ryža. 8. Fragment povrchu kapsidy herpes vírusu. Jednotlivé kapsoméry sú viditeľné (X500 000): 1 - bočný pohľad; 2 - pohľad zhora.
Ryža. 9. Ultratenký rez baktérie Salmonella typhimurium (X80 000): 1 - jadro; 2 - škrupina; 3 - cytoplazma.
Vnútornú štruktúru baktérií a vírusov, ako aj iných väčších biologických objektov je možné študovať až po ich rozrezaní pomocou ultratómu a príprave najtenších rezov s hrúbkou 100-300 Å. (obr. 9). Vďaka zdokonaleným metódam fixácie, zapustenia a polymerizácie biologických objektov, použitiu diamantových a sklenených nožov pri ultratomizácii, ako aj použitiu vysoko kontrastných zlúčenín na farbenie sériových rezov bolo možné získať ultratenké rezy nielen veľkých rozmerov. , ale aj tie najmenšie vírusy ľudí, zvierat, rastlín a baktérií.
História vzniku elektrónového mikroskopu
V roku 1931 získal R. Rudenberg patent na transmisný elektrónový mikroskop a v roku 1932 M. Knoll a E. Ruska zostrojili prvý prototyp moderného prístroja. Toto dielo E. Ruska bolo v roku 1986 ocenené Nobelovou cenou za fyziku, ktorú udelili jemu a vynálezcom rastrovacieho sondového mikroskopu Gerdovi Karlovi Binnigovi a Heinrichovi Rohrerovi. Použitie transmisných elektrónových mikroskopov na vedecký výskum sa začalo koncom 30. rokov 20. storočia prvým komerčným prístrojom vyrobeným spoločnosťou Siemens.
Koncom 30. a začiatkom 40. rokov 20. storočia sa objavili prvé rastrovacie elektrónové mikroskopy, ktoré vytvárali obraz objektu postupným pohybom elektrónovej sondy s malým prierezom po objekte. Široké používanie týchto zariadení vo vedeckom výskume sa začalo v 60. rokoch 20. storočia, kedy dosiahli významnú technickú dokonalosť.
Významným skokom (v 70. rokoch) vo vývoji bolo použitie Schottkyho katód a studených emisných katód namiesto termionických katód, ale ich použitie si vyžaduje oveľa vyššie vákuum.
Koncom 90. rokov a začiatkom 21. storočia počítačová automatizácia a používanie CCD detektorov výrazne zvýšili stabilitu a (relatívnu) jednoduchosť použitia.
Moderné pokročilé transmisné elektrónové mikroskopy v poslednom desaťročí využívajú korektory sférických a chromatických aberácií (ktoré vnášajú do výsledného obrazu hlavné skreslenie), no ich použitie niekedy značne komplikuje používanie prístroja.
Typy elektrónových mikroskopov
Transmisná elektrónová mikroskopia
Šablóna:Prázdna sekcia
Počiatočný pohľad na elektrónový mikroskop. Transmisný elektrónový mikroskop využíva na vytvorenie obrazu vysokoenergetický elektrónový lúč. Elektrónový lúč sa vytvára pomocou katódy (volfrám, LaB 6 , Schottkyho alebo emisia studeného poľa). Výsledný elektrónový lúč sa zvyčajne urýchli na +200 keV (používajú sa rôzne napätia od 20 keV do 1 meV), zaostrí sústavou elektrostatických šošoviek, prejde vzorkou tak, že časť prejde rozptylom na vzorke a časť nie. Elektrónový lúč prechádzajúci vzorkou teda nesie informáciu o štruktúre vzorky. Lúč potom prechádza cez sústavu zväčšovacích šošoviek a vytvára obraz na fluorescenčnej obrazovke (zvyčajne zo sulfidu zinočnatého), fotografickej platni alebo CCD kamere.
Rozlíšenie TEM je obmedzené hlavne sférickou aberáciou. Niektoré moderné TEM majú korektory sférickej aberácie.
Hlavnými nevýhodami TEM je potreba veľmi tenkej vzorky (okolo 100 nm) a nestabilita (rozklad) vzoriek pod lúčom.
Transmisná rastrová (skenovacia) elektrónová mikroskopia (STEM)
Hlavný článok: Transmisný rastrovací elektrónový mikroskop
Jedným z typov transmisnej elektrónovej mikroskopie (TEM) sú však zariadenia, ktoré pracujú výlučne v režime TEM. Lúč elektrónov prechádza cez relatívne tenkú vzorku, ale na rozdiel od konvenčnej transmisnej elektrónovej mikroskopie je elektrónový lúč zaostrený do bodu, ktorý sa pohybuje po vzorke v rastri.
Rastrová (skenovacia) elektrónová mikroskopia
Je založený na televíznom princípe skenovania tenkého zväzku elektrónov nad povrchom vzorky.
Nízkonapäťová elektrónová mikroskopia
Aplikácie elektrónových mikroskopov
|
Polovodiče a ukladanie dát
Biológia a biologické vedy
|
Vedecký výskum
priemysel
|
Hlavní svetoví výrobcovia elektrónových mikroskopov
pozri tiež
Poznámky
Odkazy
- 15 najlepších obrázkov z elektrónového mikroskopu za rok 2011 Obrázky na odporúčanej stránke sú náhodne zafarbené a majú skôr umeleckú ako vedeckú hodnotu (elektrónové mikroskopy vytvárajú čiernobiele obrázky, nie farebné).
Nadácia Wikimedia. 2010.
Pozrite sa, čo je "Elektrónový mikroskop" v iných slovníkoch:
Zariadenie na pozorovanie a fotografovanie viacnásobne (až 106-krát) zväčšeného obrazu objektu, v ktorom sú namiesto svetelných lúčov použité lúče elektrónov, zrýchlené na vysoké energie (30-1000 keV a viac) v podmienkach hlbokého vákua. Fyzika... Fyzická encyklopédia
Zariadenie na pozorovanie a fotografovanie znásobených (až 106-krát) zväčšených obrazov objektov, v ktorých sú namiesto svetelných lúčov použité lúče elektrónov, zrýchlené na vysoké energie (30-100 keV a viac) v podmienkach hlbokého vákua. Fyzika...... Fyzická encyklopédia
Elektrónový mikroskop- (schéma). ELEKTRONOVÝ MIKROSKOP, vákuové elektrónovo-optické zariadenie na pozorovanie a fotografovanie mnohonásobne (až 106-krát) zväčšených obrazov objektov získaných pomocou elektrónových lúčov zrýchlených na vysoké energie.... ... Ilustrovaný encyklopedický slovník
ELEKTRONOVÝ MIKROSKOP, MIKROSKOP, ktorý „osvetľuje“ skúmaný objekt prúdom elektrónov. Namiesto bežných šošoviek má magnety, ktoré zaostrujú elektrónový lúč. Toto zariadenie vám umožňuje vidieť veľmi malé predmety, pretože... ... Vedecko-technický encyklopedický slovník
Začíname uverejňovať blog podnikateľa, špecialistu na informačné technológie a amatérskeho dizajnéra Alexeyho Bragina na čiastočný úväzok, ktorý hovorí o nevšednom zážitku - už rok je autor blogu zaneprázdnený reštaurovaním zložitého vedeckého zariadenia - rastrovacieho elektrónového mikroskopu - prakticky doma. Prečítajte si, akým technickým, technickým a vedeckým výzvam musel Alexey čeliť a ako sa s nimi vysporiadal.
Raz mi zavolal kamarát a povedal: Našiel som zaujímavú vec, musím vám ju priniesť, váži však pol tony. Takto sa mi v garáži objavil stĺp z rastrovacieho elektrónového mikroskopu JEOL JSM-50A. Z nejakého výskumného ústavu to bolo už dávno odpísané a odvezené do starého železa. Elektronika sa stratila, ale elektrónovo-optický stĺp spolu s vákuovou časťou sa podarilo zachrániť.
Keďže hlavná časť zariadenia bola zachovaná, vyvstala otázka: je možné celý mikroskop zachrániť, teda obnoviť a uviesť do prevádzkyschopného stavu? A to priamo v garáži, vlastnými rukami, len s použitím základných inžinierskych znalostí a dostupných nástrojov? Pravda, nikdy predtým som sa s takým vedeckým vybavením nezaoberal, nieto aby som ho vedel používať a nemal som ani poňatia, ako funguje. Nie je však zaujímavé len uviesť starý kus hardvéru do prevádzkyschopného stavu – je zaujímavé prísť na všetko sám a skontrolovať, či je možné pomocou vedeckej metódy zvládnuť úplne nové oblasti. Začal som teda v garáži reštaurovať elektrónový mikroskop.
V tomto blogu vám poviem o tom, čo som už stihol a čo ešte treba urobiť. Po ceste vám predstavím princípy fungovania elektrónových mikroskopov a ich hlavných komponentov a poviem vám aj o mnohých technických prekážkach, ktoré bolo treba na ceste prekonať. Tak poďme na to.
Na obnovenie mikroskopu, ktorý som mal, aspoň do stavu „kreslíme elektrónovým lúčom na fluorescenčnej obrazovke“, bolo potrebné:
Začnime pekne po poriadku. Dnes budem hovoriť o princípoch fungovania elektrónových mikroskopov. Prichádzajú v dvoch typoch:
Transmisný elektrónový mikroskop
TEM je veľmi podobný bežnému optickému mikroskopu, len skúmaná vzorka nie je ožarovaná svetlom (fotónmi), ale elektrónmi. Vlnová dĺžka elektrónového lúča je oveľa kratšia ako fotónového lúča, takže možno dosiahnuť výrazne väčšie rozlíšenie.
Elektrónový lúč je zaostrený a riadený pomocou elektromagnetických alebo elektrostatických šošoviek. Majú dokonca rovnaké skreslenia (chromatické aberácie) ako optické šošovky, hoci povaha fyzickej interakcie je úplne odlišná. Mimochodom, pridáva aj nové skreslenia (spôsobené krútením elektrónov v šošovke pozdĺž osi elektrónového lúča, čo sa pri fotónoch v optickom mikroskope nestáva).
TEM má nevýhody: skúmané vzorky musia byť veľmi tenké, tenšie ako 1 mikrón, čo nie je vždy vhodné, najmä pri práci doma. Ak chcete napríklad vidieť vlasy cez svetlo, musíte si ich rozstrihnúť pozdĺžne na minimálne 50 vrstiev. Je to spôsobené tým, že penetračná sila elektrónového lúča je oveľa horšia ako fotónového lúča. Okrem toho sú MKP, až na zriedkavé výnimky, dosť ťažkopádne. Toto zariadenie na obrázku nižšie sa nezdá byť až také veľké (hoci je vyššie ako ľudská výška a má pevný liatinový rám), no prichádza aj s napájacím zdrojom o veľkosti veľkej skrine – celkovo takmer je potrebná celá miestnosť.
Ale TEM má najvyššie rozlíšenie. S jeho pomocou (ak sa veľmi snažíte) môžete vidieť jednotlivé atómy látky.
Univerzita v Calgary
Toto rozlíšenie môže byť obzvlášť užitočné na identifikáciu pôvodcu vírusového ochorenia. Všetky vírusové analýzy 20. storočia boli postavené na TEM a až s príchodom lacnejších metód diagnostiky populárnych vírusov (napríklad polymerázová reťazová reakcia alebo PCR) prestalo rutinné používanie TEM na tento účel.
Napríklad takto vyzerá chrípka H1N1 „vo svetle“:
Univerzita v Calgary
Rastrovací elektrónový mikroskop
SEM sa používa hlavne na skúmanie povrchu vzoriek s veľmi vysokým rozlíšením (miliónnásobné zväčšenie oproti 2 tisícom pri optických mikroskopoch). A to je v domácnosti oveľa užitočnejšie :)
Takto napríklad vyzerá individuálna štetina na novej zubnej kefke:
To isté by sa malo diať aj v elektrónovo-optickom stĺpci mikroskopu, len tu sa ožaruje vzorka, nie luminofor obrazovky a obraz vzniká na základe informácií zo senzorov, ktoré zaznamenávajú sekundárne elektróny, elasticky odrazené elektróny atď. Toto je typ elektrónového mikroskopu, o ktorom bude reč v tomto blogu.
Televízna trubica aj elektrónový optický stĺpec mikroskopu fungujú iba vo vákuu. Ale o tom budem podrobne hovoriť v nasledujúcom čísle.
(Pokračovanie nabudúce)
