Technologia

Zoom na codzienność

Numer 1/2020
Postępy w mikroskopii pozwoliły nam na obserwację świata w skali, o której nasze nieuzbrojone oczy mogą jedynie pomarzyć. Zwłaszcza skaningowa mikroskopia elektronowa dała nam szansę tworzenia uderzająco szczegółowych obrazów przedmiotów z najbliższego nam otoczenia.

Człowiek od zawsze dążył do poznania otaczającej go rzeczywistości. Na początku robił to w skali makro, co często rodziło kolejne pytania o naturę świata. Przełom nastąpił w XVI w., kiedy to stworzono prymitywny układ optyczny pozwalający na dziesięciokrotne powiększenie obserwowanego obiektu. Przez wieki wynalazcy udoskonalali mikroskopy świetlne, ale nawet te najlepsze były w stanie powiększyć obserwowany obiekt „jedynie” tysiąckrotnie. W 1924 r. pojawiła się więc idea, aby światło zastąpić wiązką elektronów, a soczewki – cewkami magnetycznymi. Siedem lat później powstał pierwszy mikroskop elektronowy.

Kilka słów o sem

Istnieją dwa typy tych urządzeń. Pierwszy z nich, czyli transmisyjny mikroskop elektronowy (ang. transmission electron microscope, TEM), pozwala na analizę jedynie bardzo cienkich preparatów (0,1 µm grubości), co wynika ze sposobu jego działania. Kiedy na powierzchnię badanego obiektu pada wiązka elektronów, to część z nich zostaje odbita, a część przechodzi na drugą stronę, dając obraz analizowanej próbki. Jeśli preparat jest zbyt gruby, elektrony nie mogą się przez niego przebić i, co za tym idzie, wytworzyć użytecznych sygnałów.

Drugim typem mikroskopu jest skaningowy mikroskop elektronowy (ang. scanning electron microscope, SEM), dzięki któremu można analizować preparaty o bardzo zróżnicowanej grubości. SEM polega na skanowaniu powierzchni próbki skupioną wiązką elektronów punkt po punkcie. Elektrony padające na badany obiekt są rozpraszane lub do niego wnikają, powodując emisję elektronów wtórnych, światła widzialnego oraz promieniowania rentgenowskiego. Detektory przetwarzają te sygnały elektronowe w sygnał cyfrowy, który zostaje zamieniony na obraz.

Ograniczeniem w stosowaniu mikroskopii elektronowej jest konieczność wykonywania pomiaru w próżni, co stanowi problem w przypadku próbek biologicznych. Niezbędne jest także przewodnictwo elektryczne próbki. Nie oznacza to jednak, że nie można za pomocą tej techniki obserwować przedmiotów nieprzewodzących prądu. W przypadku mikroskopii skaningowej wystarczy próbkę pokryć ultracienką warstwą metalu, co dodatkowo zapewnia trwałość preparatu i pozwala na wielokrotną obserwację jednego obiektu.

Elektronowe obrazy

Obrazy spod takich mikroskopów mają różne odcienie szarości, ale można nadać im kolory za pomocą odpowiedniego oprogramowania. Często odbywa się to wyłącznie w celach estetycznych, ale czasem pomaga również w wyjaśnieniu struktury obiektów i sprawia, że wyglądają one bardziej realistycznie. Uzyskanie dobrego zdjęcia SEM jest zatem ciężką pracą. Niemniej bardzo opłacalną. Ludzkie oko potrafi bowiem odróżnić dwa obiekty w odległości 0,2 mm. Odległość tę nazywamy rozdzielczością. Skaningowe mikroskopy elektronowe osiągają rozdzielczość poniżej 1 nm (10–9 m)! Powiększają obiekty do 300 tys. razy, a więc znacznie więcej niż współczesne mikroskopy świetlne.

Za pomocą mikroskopów elektronowych uzyskuje się niezwykle efektowne obrazy praktycznie każdego obiektu. Dlatego korzystają z nich przedstawiciele wszystkich dziedzin nauki. Używa się ich m.in. w obserwacji nowo zsyntetyzowanych nanocząstek, badaniu mechanizmów korozji czy ocenie zużycia materiałów. Nie brakuje jednak naukowców, którzy w wolnej chwili biorą pod elektronową lupę przedmioty codziennego użytku, dając nam wgląd w naturę otaczającego nas świata. Oto 14 zdjęć takich obiektów.

01.01.2020 Numer 1/2020

Czytaj także

Reklama
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną