Det elektronmikroskop repræsenterer en vigtig variant af det klassiske mikroskop. Ved hjælp af elektroner kan det forestille overfladen eller det indre af et objekt.
Hvad er et elektronmikroskop?
I tidligere tider blev elektronmikroskopet også kaldt Over mikroskop. Det fungerer som et videnskabeligt værktøj, der gør det muligt at forstørre objekter visuelt ved anvendelse af elektroniske stråler, hvilket muliggør en mere grundig undersøgelse.
Med et elektronmikroskop kan der opnås meget højere opløsninger end med et lysmikroskop. I det bedste tilfælde kan lysmikroskop opnå en forstørrelse på to tusinde gange. Hvis afstanden mellem to punkter er mindre end halvdelen af lysbølgelængden, er det menneskelige øje ikke længere i stand til at se dem separat.
Et elektronmikroskop opnår på den anden side en forstørrelse på 1: 1.000.000. Dette kan spores tilbage til det faktum, at bølgerne i elektronmikroskopet er betydeligt kortere end bølgerne af lys. For at eliminere forstyrrende luftmolekyler fokuseres elektronstrålen på objektet i et vakuum ved hjælp af massive elektriske felter.
Det første elektronmikroskop blev skabt i 1931 af de tyske elektriske ingeniører Ernst Ruska (1906-1988) og Max Knoll (1897-1969). Oprindeligt blev der imidlertid ikke brugt nogen elektrontransparente genstande som billeder, men små gitre fremstillet af metal. Ernst Ruska konstruerede også det første elektronmikroskop i 1938, der blev brugt til kommercielle formål. I 1986 modtog Ruska Nobelprisen i fysik for sit supermikroskop.
I årenes løb har elektronmikroskopi kontinuerligt været udsat for nye design og tekniske forbedringer, så elektronmikroskopet er blevet en uundværlig del af videnskaben i dag.
Former, typer og typer
De vigtigste grundlæggende typer elektronmikroskoper inkluderer scanningselektronmikroskop (SEM) og transmissionselektronmikroskop (TEM). Det scannende elektronmikroskop scanner en tynd elektronstråle over en massiv genstand. Elektroner eller andre signaler, der kommer ud fra objektet eller er spredt tilbage, kan detekteres synkront. Intensitetsværdien af det billedpunkt, som elektronstrålen detekterer, bestemmes af den detekterede strøm.
Som regel kan de bestemte data vises på en tilsluttet skærm. På denne måde er brugeren i stand til at følge strukturen i billedet i realtid. Ved scanning med de elektroniske stråler er elektronmikroskopet begrænset til genstandens overflade. Til visualisering dirigerer instrumentet billederne over en fluorescerende skærm. Efter at have taget billeder, kan billederne forstørres op til 1: 200.000.
Når man bruger et transmissionselektronmikroskop fremstillet af Ernst Ruska, bestråles det objekt, der skal undersøges, som skal være passende tynd, af elektronerne. Objektets passende tykkelse varierer mellem nogle få nanometer og adskillige mikrometer, hvilket afhænger af atomantallet af atomer i objektmaterialet, den ønskede opløsning og niveauet for accelerationsspændingen. Jo lavere accelerationsspænding og jo højere atomnummer, jo tyndere skal objektet være. Billedet af transmissionselektronmikroskopet skabes af de absorberede elektroner.
Yderligere undertyper af elektronmikroskopet er cyroelektronmikroskopet (KEM), der bruges til at undersøge komplekse proteinstrukturer, og højspændingselektronmikroskopet, der har et meget højt accelerationsområde. Det bruges til at repræsentere store objekter.
Struktur og funktionalitet
Strukturen af et elektronmikroskop ser ud til at have lidt til fælles med et lysmikroskop. Men der er paralleller. Elektronpistolen er placeret på toppen. I det enkleste tilfælde kan det være en wolframtråd. Dette opvarmes og udsender elektroner. Elektronstrålen er fokuseret af elektromagneter, der har en ringformet form. Elektromagneterne ligner linserne i lysmikroskopet.
Den fine elektronstråle er nu i stand til uafhængigt at slå elektroner ud af prøven. Elektronerne indfanges derefter igen af en detektor, hvorfra der kan genereres et billede. Hvis elektronstrålen ikke bevæger sig, kan der kun afbildes et punkt. Hvis der imidlertid scannes et område, sker der en ændring. Elektronstrålen afbøjes af elektromagneter og styres linje for linje over det objekt, der skal undersøges. Denne scanning muliggør et forstørret billede i høj opløsning af objektet.
Hvis undersøgeren vil komme nærmere objektet, behøver han kun at reducere det område, hvor elektronstrålen scannes fra. Jo mindre scanningsområde, desto større vises objektet.
Det første elektronmikroskop, der blev konstrueret, forstørrede objekterne, det undersøgte 400 gange. I dag kan instrumenterne endda forstørre et objekt 500.000 gange.
Medicinske og sundhedsmæssige fordele
Elektronmikroskopet er en af de vigtigste opfindelser inden for medicin og videnskabelige områder såsom biologi. Fantastiske undersøgelsesresultater kan opnås med instrumentet.
Særligt vigtigt for medicinen var det faktum, at vira nu også kunne undersøges med et elektronmikroskop. Vira er mange gange mindre end bakterier, så de ikke kan vises detaljeret med et lysmikroskop.
En inderside af en celle kan heller ikke undersøges nøjagtigt med lysmikroskopet. Imidlertid ændrede dette sig med elektronmikroskopet. I dag kan farlige sygdomme som AIDS (HIV) eller rabies undersøges meget bedre med elektroniske mikroskoper.
Elektronmikroskopet har imidlertid også nogle ulemper. F.eks. Kan objekterne, der undersøges, blive påvirket af elektronstrålen, fordi den varmer op, eller de hurtige elektroner kolliderer med hele atomer. Derudover er anskaffelses- og vedligeholdelsesomkostningerne ved et elektronmikroskop meget høje. Af denne grund bruges instrumenterne hovedsageligt af forskningsinstitutter eller private tjenesteudbydere.
