מיקרוסקופים אופטיים ומיקרוסקופים אלקטרוניים, שפותחו בהפרש של 400 שנה, יכולים להגדיל ולזהות חיידקים וחלקיקים קטנים מדי לעין אנושית. למרות ששני הסוגים חולקים כמה קווי דמיון, יש היבט אחד שעושה אותם שונים באופן מובהק.
גם מיקרוסקופ אופטי וגם מיקרוסקופ אלקטרונים (הנקרא גם מיקרוסקופ אלקטרוני) הם טכנולוגיות מתקדמות לצפייה במגוון עצמים; אך לזה האחרון יש יכולות הגדלה משמעותיות יותר.
ירדן ביוטק מציעה מיקרוסקופים אופטיים בלבד.
מיקרוסקופ האלקטרונים (Electron Microscope) הומצא על ידי המהנדס הגרמני ארנסט רוסקה ב-1931. מכשיר זה חולל מהפכה בביולוגיה בכך שסיפק רזולוציה גבוהה של דגימות, בטווח ננומטרי (מיליארדית המטר, גודלם של אטומים מולקולות).
כיום מיקרוסקופי אלקטרונים משמשים במחלקות ביולוגיה למחקר של מבנים תאיים וכן של דגימות אנאורגניות, לאפיון ננו-מבנים. EM נמצא בשימוש נרחב גם בתחום הזיהוי הפלילי, שם הוא עוזר לבחון עדויות בקנה מידה ננומטרי, ובתעשיות רבות נוספות לשיפור הליכי הייצור של תרופות, תעופה וחלל, רכב, אלקטרוניקה ותחומים אחרים.
צפו: איך עובד מיקרוסקופ אלקטרונים?
מהו מיקרוסקופ אלקטרונים?
סוג זה של מיקרוסקופ מספק רזולוציה גבוהה להפליא, על ידי הארת האובייקט הנבדק באמצעות קרן של אלקטרונים במקום קרן אור. זהו סוג ייחודי של מיקרוסקופ שיכול להגדיל עצמים עד לקנה מידה ננומטרי, ולספק תמונות חדות במיוחד.
מיקרוסקופים אלקטרוניים מספקים הגדלה משמעותית יותר ממיקרוסקופים אופטיים, ויכולים לחשוף את המבנה של חלקיקים זעירים, עד כדי גודל של אטומים בודדים. דבר זה אפשרי מכיוון שאורך הגל של אלקטרון קצר עד פי 100,000 מזה של פוטון בטווח האור הנראה.
מיקרוסקופ האלקטרונים הראשון נוצר בשנת 1932 על ידי המהנדס הגרמני מקס נול והפיזיקאי ארנסט רוסקה, אך מקורותיו הולכים אחורה אף מעבר לכך. העדשה האלקטרומגנטית הראשונה פותחה בתחילת המאה העשרים. תגלית זו והתאוריה של לואי דה ברויי על תכונותיו הגליות של החומר, הציתו את דמיונם של מדענים עד כדי יצירת מיקרוסקופ המבוסס על תגליות אלו.
עדשות מגנטיות משמשות לתיעול גלי אלקטרונים, כדי למקד אותן על העצמים שאותם רוצים לבחון. ניתן ליצור תמונה על ידי הפניית אלקטרונים לעבר מטרה ומעקב אחר האנרגיות והמסלולים של תוצרי ההשפעה. כך נוצרו לראשונה מיקרוסקופים אלקטרוניים בסיסיים.
איך פועל מיקרוסקופ אלקטרוני?
מיקרוסקופ אלקטרונים יכול להגדיל עצם עד פי 10,000,000 - פי 5,000 יותר ממיקרוסקופ אופטי. כדי שמיקרוסקופ אלקטרונים יעבוד, יש לספק מקור של אלקטרונים הנקרא "אקדח אלקטרונים". חשוב גם שלא יהיו חלקיקים אחרים בתוך עמודת האלקטרונים.
ראשית, קרן של אלקטרונים הנעים במהירות רבה משמשת במקום מקור האור במיקרוסקופ רגיל. יש להכין את המדגם בקפידה ולהניחו בתא ואקום. אלומת האלקטרונים עוברת דרך סדרה של אלקטרומגנטים בצורת סליל, המחליפים את העדשות האופטיות הקונבנציונליות. התמונה שנוצרת בצורה זו מכונה לעתים קרובות "מיקרוגרף אלקטרונים".
כיום יש שני סוגים עיקריים של מיקרוסקופים אלקטרונים, בשיטות תפעול שונות: מיקרוסקופ אלקטרונים חודר (TEM) ומיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM). ב-TEM מעבירים קרן אלקטרונים דרך הדגימה ואוספים את האות בצד השני, כמו שקופיות על מקרן. ב-SEM מאירים נקודה זעירה ואוספים את תוצרי האינטראקציה של הקרן עם הדגימה באמצעות גלאים. עושים זאת אלפי פעמים, סורקים את כל הדגימה ואז מחברים הכל לתמונה אחת.
מיקרוסקופ אלקטרוני חודר (TEM)
בטכנולוגיה זו, אלומת אלקטרונים ממוקדת מועברת דרך דגימה דקה מאוד. ההגדלה מייצרת תמונות שניתן לצפות בהן ישירות ולבחון אותן בקנה מידה מיקרו וננו. באמצעות TEM, החוקרים יכולים לבחון דגימות עד לרמה האטומית - פחות מ-1 ננומטר.
מיקרוסקופ אלקטרוני סורק (SEM)
בטכנולוגיית SEM אלקטרונים פוגעים בדגימה, מתפזרים, עפים הצידה ומייצרים תוצרי התנגשות. לאחר מכן התוצרים נאספים על ידי גלאים, שממירים אותם לתמונה. הביטוי "סריקה" מתייחס לשיטת איסוף הנתונים - במקום לחשוף את כל הדגימה ולתפוס את כל התמונה בבת אחת, משתמשים בקרן צרה זעירה לסריקת הדגימה. לאחר מכן, התמונה מורכבת פיקסל אחר פיקסל. ניתן להשתמש בטכניקת הסריקה עצמה גם ב-TEM.
מבנה וחלקים של מיקרוסקופ אלקטרונים
שמם של מיקרוסקופי אלקטרונים חודרים נובע מעובדה פשוטה. התמונה הדו-ממדית בשחור-לבן המופקת על ידי סוג זה של EM, מועברת ישירות על ידי האלקטרונים הנוחתים על הדגימה. האינטראקציה בין האלקטרונים הנכנסים שזורמים דרך הדגימה, לבין אלו שנאספו על ידי מבנים עבים - היא זו שיוצרת את התמונה בצורה של "צל" המוקרן בתהליך זה.
להלן המרכיבים הבסיסיים של מנגנון מיקרוסקופיית אלקטרונים מסוג TEM:
אקדח אלקטרונים - בחלק העליון של גוף המיקרוסקופ יש אקדח אלקטרונים המורכב מחוט טונגסטן. תותח זה מתחיל לשחרר אלקטרונים לוואקום באמצעות פליטה תרמיונית או שדה המחובר למקור מתח גבוה.
עדשות אלקטרומגנטיות - קבוצות של עדשות עיבוי מכוונות את אלומת האלקטרונים אל הדגימה. רוב העדשות האלקטרומגנטיות מורכבות מסלילים.
עמודה מרכזית - צינור מתכת שהיה תחת ואקום. רכיב זה מגן על המשתמש מפני קרני רנטגן, שנוצרות כאשר האלקטרונים פוגעים במשטח המתכת של הצינור.
מחזיק דגימה - מבנה חיוני המאפשר להכניס את הדגימה למיקרוסקופ. התפקיד החשוב ביותר של המחזיק שהוא מאפשר סיבוב מדויק מאוד של הדגימה.
גלאים ומערכת צפייה בתמונה - מערכת מורכבת של גלאים והתקנים אופטיים המסודרים מסביב לדגימה, כדי להמיר את תוצרי האינטראקציה לאות אלקטרוני ההופך לתמונה לאחר מכן.
עובדה מעניינת - מיקרוסקופ אלקטרונים משמש לחקר דגימות יבשות בלבד. אי אפשר לבחון איתו תאים חיים מכיוון שהם מכילים מים, שמפזרים בצורה מסיבית את האלקטרונים.
כמה עולה מיקרוסקופ אלקטרונים?
לא ניתן לקבוע בקלות את העלות המדויקת של מיקרוסקופים אלקטרונים. ההוצאה תלויה בסוג המכשיר הנבחר, בפונקציונליות שלו ובשימושים עתידיים. בטווח הנמוך SEM סטנדרטי יעלה בין $50,000 ל-$70,000 - וצריך לקחת בחשבון גם את ההוצאות של תוכנת EM.
במערכות מורכבות יותר כמו TEM, יש עלויות רבות אחרות מלבד המכשירים בפועל. יש להכין את כל הבניין בהתאם, להתקין מערכות מתאימות לסיכוך קרינה חיצונית ולבלום רעידות או מתקני חשמל עבור מתחים גבוהים מאוד.
מתי ואיפה משתמשים במיקרוסקופ אלקטרוני?
מיקרוסקופים אלקטרונים הם כלי יעיל למחקר. מדענים יכולים לזהות באמצעותם תכונות מורפולוגיות ייחודיות בחומר חיידקי, בווירוסים ובפטריות. עם זאת, מיקרוביולוגיה אינה הנהנית היחידה מהטכנולוגיה המתקדמת הזו.
מיקרוסקופיה אלקטרונית משמשת במגוון רחב של מגזרים:
כימיה - ניתן להשתמש במיקרוסקופ אלקטרונים בכימיה של חומרים, תחום מחקר מתפתח ושיתופי המחיל את עקרונות הכימיה על פיתוח, תיאור ושימוש בחומרים. אחד המוקדים העיקריים הוא השימוש במיקרוסקופ אלקטרוני משופר כדי לראות את המבנה של חומרים קטליטיים בדיוק אטומי ובתלת מימד.
זיהוי פלילי - מיקרוסקופים אלקטרונים משמשים בחקירת תיקים פליליים מכיוון שהם מקלים על בחינת ראיות בקנה מידה ננומטרי. SEM משמש לעתים קרובות לבדיקת אבנים ותכשיטים, זיהוי כלי נשק או בדיקת שאריות ירי. דוגמאות אחרות כוללות בדיקה של רקמות, שיער ועור וכן סיבי טקסטיל.
תעשייה - מיקרוסקופ אלקטרונים משמש לתמיכה בייצור מוצרים באיכות גבוהה, ושיפור יעילותם של תהליכי ייצור בתחומים כגון תעופה וחלל, רכב, תרופות ועוד. בנוסף, ניתן להשתמש במיקרוסקופ אלקטרוני לחקר ננו-מבנים פרו-אלקטריים ופרומגנטיים, שהם חומרים חשובים המשמשים במגוון דרכים בתעשייה ובמסחר (למשל, בבניית חיישנים פירואלקטריים).
ביולוגיה, פתולוגיה ורפואה - EM משמש בפתולוגיה כדי להביט על המאפיינים המיקרוסקופיים של פתולוגיות רבות, כולל גידולים. מיקרוסקופ אלקטרונים ממלא תפקיד חשוב גם בביולוגיה מולקולרית ובווירולוגיה, כמו גם באבחון כבד, כליות ועצבים. בסך הכל, חקר פתוגנים שונים שיפר מאוד את היעילות של טיפול במחלות באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים.
גיאולוגיה - EM מאפשר בדיקה מדויקת למדי של יסודות. הוא מייצר מגוון תמונות ברזולוציה גבוהה, המשמשות לעתים קרובות לשיפור הידע אודות חומרים גיאולוגיים. ליתולוגיה, פטרולוגיה וגיאולוגיה מבנית הם כמה מהיישומים הגיאולוגיים המיוחדים המשתמשין במיקרוסקופים אלקטרוניים.
ירדן ביוטק מציעה קטלוג מיקרוסקופים אופטיים בלבד.
Comments