میکروسکوپ الکترونی چیست؟ راهنمای جامع میکروسکوپ الکترونی

میکروسکوپ الکترونی

میکروسکوپ الکترونی چیست؟ راهنمای جامع میکروسکوپ الکترونی

میکروسکوپ الکترونی چیست؟

میکروسکوپ الکترونی میکروسکوپی است که از باریکه‌ای از الکترون‌ به عنوان منبع ساخت تصویر استفاده می‌کند. از آنجایی که طول موج یک الکترون می‌تواند تا ۱۰۰,۰۰۰ برابر کوتاه‌تر از فوتون‌های نور معمولی باشد، میکروسکوپ الکترونی قدرت تحلیل بسیار بالاتری به نسبت میکروسکوپ نوری خواهد داشت و قادر خواهد بود، ساختار اجسام بسیار کوچک را نمایش دهد. یک میکروسکوپ الکترونی عبوری در تصویر برداری میدان تاریک به رزولوشن ۵۰ پیکومتر و قدرت بزرگنمایی ۱۰,۰۰۰,۰۰۰ برابر رسیده است؛ این در حالی است که قدرت میکروسکوپ‌های نوری به دلیل مسائل مرتبط با پراش، به حدود ۲۰۰ نانومتر و بزرگ‌نمایی در حدود ۲۰۰۰ برابر محدود شده است.

میکروسکوپ الکترونی دارای سیستم لنز نوری-الکترونی است که مشابه لنزهای شیشه‌ای یک میکروسکوپ نوری عمل می کند.

میکروسکوپ الکترونی برای بررسی ریزساختار انواع گسترده‌ای از نمونه‌های زیستی و غیرمعدنی شامل میکروارگانیسم‌ها، سلول‌ها، مولکول‌های بزرگ، نمونه‌های بافتی، فلزات و کریستال‌ها، به کار برده می‌شود. در صنعت از این میکروسکوپ به عنوان کنترل کیفیت و تجزیه و تحلیل شکست استفاده می‌کنند.

یک میکروسکوپ الکترونی مدرن

یک میکروسکوپ الکترونی مدرن

دیاگرام یک میکروسکوپ الکترونی

دیاگرام یک میکروسکوپ الکترونی

تاریخچه میکرسکوپ الکترونی

میکروسکوپ الکترونی به دسته‌ای از میکروسکوپ‌ها گفته می‌شود که از یک باریکه الکترونی برای تصویرسازی استفاده می‌کنند. ایده میکروسکوپ الکترونی توسط لیو زیلارد ارائه و ثبت شد. با این حال در سال ۱۹۳۱ ارنست روسکا فیزیک‌دان آلمانی و مکس نول مهندس برق نمونه اولیه میکروسکوپ الکترونی را ساختند که دارای قدرت بزرگنمایی ۴۰۰ برابر بود. در سال ۱۹۳۳ روسکا یک میکروسکوپ الکترونی با قدرت بزرگ‌نمایی بیش از بزرگ‌نمایی قابل حصول توسط میکروسکوپ نوری ساخت. در سال ۱۹۳۷ مانفرد فون آردن اولین میکروسکوپ الکترونی روبشی جهان را ساخت.

میکروسکوپ الکترونی ساخته شده توسط Ernst Ruska در سال 1933

میکروسکوپ الکترونی ساخته شده توسط Ernst Ruska در سال ۱۹۳۳

اولین میکروسکوپ الکترونی روبشی

اولین میکروسکوپ الکترونی روبشی

شرکت زیمنس در سال ۱۹۳۸ اولین میکروسکوپ الکترونی تجاری جان را ساخت. در سال ۱۹۳۹ گروهی از دانشمندان در ژاپن به منظور بررسی بهترین روش ساخت میکروسکوپ الکترونی دور هم جمع شده و به لابراتوار الکترواپتیک ژاپن (JEOL) پیوستند که در سال‌های بعد بیش از هر شرکت دیگری مدل‌های متنوع ارائه کرد. دو شرکت ژاپنی هیتاچی و توشیبا نیز نقش مهمی در پیشرفت میکروسکوپ‌های الکترونی ایفا کردند. در همان سال‌ها، شرکت RCA به دلیل تجربه و تخصص در زمینه لنزهای الکترومغناطیس، پیشگام میکروسکوپ‌های الکترونی در آمریکای شمالی بود.

اولین میکروسکوپ الکترونی تجاری

اولین میکروسکوپ الکترونی تجاری

انواع میکروسکوپ الکترونی:

میکروسکوپ الکترونی عبوری (Transmission electron microscope):

این میکروسکوپ نوع اولیه از میکروسکوپ‌های الکترونی است که از یک باریکه الکترونی به عنوان منبع آشکارسازی، برای مشاهده نمونه و تصویر برداری استفاده می‌کند. باریکه الکترون به وسیله یک تفنگ الکترونی تولید می‌شود. تفنگ الکترونی معمولاً با رشته‌ای از کاتد تنگستن به عنوان منبع الکترون پر شده است. باریکه الکترون به وسیله یک آند که دارای قدرت بیش از ۱۰۰ کیلو الکترون ولت (۴۰ تا ۴۰۰ کیلو الکترون ولت) است، شتاب داده شده و به وسیله لنزهای الکترومغناطیسی و الکترواستاتیکی متمرکز می‌شود. در میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری، پرتو الکترون متمرکز شده از داخل نمونه عبور داده می‌شود. این پرتو در برخی نقاط که برای الکترون‌ها شفاف است به راحتی عبور کرده و در برخی نقاط دچار پراکندگی می‌شود. باریکه الکترونی خارج شده از نمونه، اطلاعاتی را در رابطه با ساختار نمونه در خود حمل می کند که این اطلاعات توسط سیستم عدسی شیئی میکروسکوپ مورد بزرگنمایی قرار می‌گیرد. تغییرات سه‌بعدی به وجود آمده در باریکه الکترونی با ایجاد تصویر توسط پرتو بزرگنمایی شده بر روی یک صفحه نمایش فلوئورسنت قابل مشاهده است. این صفحه معمولاً توسط فسفر یا مواد درخشان از قبیل سولفید روی پوشانده می‌شود. همچنین، می‌توان با قرار دادن یک فیلم عکاسی در مقابل پرتو الکترون، تصویر حاصل را ثبت کرد. علاوه بر این، می‌توان از فسفر به همراه سیستم لنزهای اپتیک و یا انتقال نور توسط فیبرهای اپتیک به سنسور دوربین دیجیتال، برای ثبت تصویر استفاده کرد. تصویر حاصل از دوربین دیجیتال را می‌توان به راحتی بر روی مانیتور نیز نمایش داد.

میکروسکوپ الکترونی عبوری
پدیده‌های حاصل از واکنش الکترون‌های پرانرژی با مواد

رزولوشن این نوع از میکروسکوپ الکترونی اصولاً به واسطه ابیراهی کروی محدود می‌شود ولی امروزه نسل جدیدی از تصحیح کننده‌های سخت‌افزاری تولید شده‌اند می‌توانند با کاهش ابیراهی کروی، رزولوشن تصویربرداری را تا حدود ۰٫۵ آنگستروم یا ۵۰ پیکومتر افزایش دهند. رزولیشن ۵۰ پیکومتر برابر با بزرگنمایی ۵۰ میلیون برابری می‌باشد. توانایی تعیین موقعیت اتم‌ها در داخل مواد، این گروه میکروسکوپ‌ها را به یک ابزار مهم جهت تحقیق و توسعه در زمینه نانوتکنولوژی تبدیل کرده است.

میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری اغلب در حالت پراش الکترونی مورد استفاده قرار می‌گیرند. مزایای پراش الکترونی نسبت به کریستالوگرافی اشعه ایکس این است که نیاز نیست نمونه تک بلور یا حتی پودر چند بلوری باشد و همچنین، تبدیل فوریه بازسازی ساختار جسم بزرگنمایی شده به طور فیزیکی اتفاق می‌افتد و در نتیجه نیازی به حل مشکل فاز نیست. مشکل فاز در کریستالوگرافی اشعه ایکس و بعد از به دست آوردن الگوهای پراش باید حل شود. یک ایراد بزرگ در میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری نیاز به نمونه‌های بسیار باریک است، به طوری که معمولاً ضخامت نمونه باید در حدود ۱۰۰ نانومتر باشد. ساخت چنین نمونه‌هایی از لحاظ فنی بسیار مشکل و چالش برانگیز می‌باشد. نمونه‌های نیمه رسانا را می‌توان به کمک پرتو یونی تولید کرد.

میکروسکوپ الکترونی عبوری
یک نمونه ساخته شده برای میکروسکوپ الکترونی عبوری

نمونه‌های بیولوژیکی بافت‌ها باید از لحاظ شیمیایی تثبیت شوند، آب آنها گرفته شده و در یک زمینه رزین پلیمری قرار گیرند. این رزین پلیمری باعث می‌شود ساخت نمونه‌های بسیار باریک از آنها، امکان‌پذیر شود. ممکن است نمونه‌های زیستی، پلیمرهای آلی و مواد مشابه به منظور دست‌یابی به کنتراست تصویر بالا به اسپور (آلایش) با اتمهای سنگین نیاز داشته باشند. معمولاً از اتمهای اورانیوم و سرب برای این منظور استفاده می‌شود.

میکروسکوپ الکترونی عبوری از سلول‌ها و بافت‌ها
تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از سلول‌ها و بافت‌ها

میکروسکوپ الکترونی عبوری سریالی (Serial-section electron microscopy):

یکی از کاربردهای میکروسکوپ الکترونی عبوری، میکروسکوپ الکترونی سریالی یا همان SSEM است. به عنوان مثال در آنالیز پیوستگی در نمونه‌های سه‌بعدی بافت مغزی، از تصویر برداری متوالی تعداد زیادی نمونه نازک استفاده می‌شود.

نحوه عمل میکروسکوپی سریالی
نحوه عمل میکروسکوپی سریالی

میکروسکوپ الکترونی روبشی (Scanning electron microscope):

میکروسکوپ الکترونی روبشی یا همان SEM با آنالیز نمونه با کمک یک باریکه الکترون متمرکز که به سطح نمونه تابیده می‌شود، تصویر سطح نمونه را تشکیل می‌دهد. زمانی که باریکه الکترون با نمونه برخورد می‌کند، انرژی خود را به طرق مختلف از دست می‌دهد و این انرژی به فرم‌های جایگزینی همچون گرما، انتشار الکترون‌های ثانویه کم انرژی و الکترون‌های پر انرژی با برگشت پراکندگی، انتشار نور و یا انتشار اشعه ایکس تبدیل می‌شود. تمام این موارد اطلاعاتی در رابطه با توپوگرافی و خواص سطح ماده را در ماهیت خود شامل می‌شوند.

میکروسکوپ الکترونی روبشی
تصویر یک باسیل که به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی دهه ۱۹۶۰ گرفته شده است

تصویر نمایش داده شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی در واقع ترسیمی است از تغییرات این سیگنال‌ها با حرکت پرتو الکترون بر روی سطح نمونه. در هر نقطه از سطح ماده سیگنال‌های متفاوتی متناسب با ساختار آن نقطه تولید می‌شوند. تصویر حاصل از میکروسکوپ SEM از یک مورچه که در شکل زیر نشان داده شده است به وسیله یک آشکارساز الکترون‌های ثانویه به وجود آمده است این روش، پروسه معمول تصویرسازی در میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی می‌باشد.

میکروسکوپ الکترونی روبشی
تصویر یک مورچه به دست آمده با میکروسکوپ الکترونی روبشی

همچنین با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی می‌توان سطوح شکست در فلزات و آلیاژها را با دقت بالا مورد مطالعه قرار داد. به طور مثال در شکل زیر که مربوط به سطح شکست نمونه حاصل از جوشکاری لیزری دو ورق ناهمجنس است، می‌توان با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی محل وجود ایرادات جوشکاری را مشاهده کرد.

تصویر میکروسکوپ الکترونی
تصویر میکروسکوپ الکترونی از سطح شکست کششی نمونه جوشکاری لیزری

در حالت کلی رزولوشن تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی کمتر از نوع عبوری است؛ با این وجود به این خاطر که میکروسکوپ الکترونی روبشی به جای نمایش تصویری از داخل یک جسم، سطح آن را نمایش می‌دهد، الکترون‌ها نیازی به ورود به داخل ساختار نمونه ندارند. این امر نیاز به آماده‌سازی نمونه‌های بسیار نازک را که باعث مشکلات تکنیکی فراوان می‌شود را کاهش می‌دهد. SEM قادر است تصاویر اجسام بزرگ که در محفظه میکروسکوپ جای بگیرند را، به نمایش بگذارد. این اجسام بایستی طولی کوتاه‌تر از فضای کاری مورد استفاده، که معمولاً ۴ میلی‌متر است، داشته باشند. SEM ها همچنین از عمق میدان قابل ملاحظه‌ای بهره‌مند است که می‌تواند تصاویر سه‌بعدی را نیز به نمایش درآورند. یکی دیگر از مزایای این میکروسکوپ که مربوط به میکروسکوپ الکترونی اسکن محیطی یا همان ESEM هست که قادر است تصاویری با کیفیت خوب را از نمونه‌های دارای آب و در شرایط خلأ کم و یا با وجود گازهای محفظه تشکیل دهد. این امر تشکیل تصویر از نمونه‌های زیستی را که در شرایط خلأ بالا پایدار نیستند را تسهیل می‌کند.

رنگ تصاویر میکروسکوپ الکترونی:

در حالت عادی میکروسکوپ الکترونی تصاویر را فقط با مقدار روشنایی به ازای هر پیکسل تولید می‌کند. با این حال برخی اوقات این تصاویر با استفاده از نرم‌افزار شناسایی ویژگی و یا با ویرایش دستی رنگی می‌شوند. این کار برای وضوح بالاتر و یا زیبایی بصری انجام می‌گیرد و اطلاعات جدیدی را در رابطه با نمونه شامل نمی‌شود.

برخی اوقات اطلاعات نمونه‌های مختلف با استفاده از آشکارسازهای چندگانه در هر پیکسل گردآوری می‌شود. در SEM ویژگی‌های توپوگرافی و تمرکز مواد را می‌توان با استفاده از یک جفت آشکار ساز الکترون‌های پراکنده شده برگشتی به دست آورد؛ چنین خصوصیاتی را می‌توان در یک تصویر رنگی با اختصاص یک رنگ اصلی اولیه به هر ویژگی نمایش داد.برخی از انواع آشکارسازهای مورد استفاده در SEM قابلیت‌های تحلیلی دارند و می‌توانند چندین آیتم برای هر پیکسل ارائه دهند. یکی از این موارد سیستم‌های اسپکتروسکوپی پراش اشعه X (Energy-dispersive X-ray spectroscopy – EDS) می‌باشد که برای تحلیل عناصر سازنده نمونه به کار برده می‌شود. با استفاده از روش EDS می‌توان در نقاط مختلف، ترکیب عناصر سازنده ماده را مشخص کرد. به طور مثال، همان‌طور که در شکل زیر دیده می‌شود تغییرات ترکیب عناصر سازنده یک اتصال جوشی، در راستای حرکت از فولاد زنگ‌نزن AISI 304 به فولاد زنگ‌نزن AISI 420 نشان داده شده است. در سمت چپ (ناحیه ۳۰۴) ساختار غنی از نیکل وجود دارد و نیکل موجود در ناحیه درز جوش از این بخش تأمین شده است، پس از آن و با حرکت به سمت راست و ورود به ناحیه (۴۲۰) محتوای نیکل به صفر می‌رسد.

تغییر ترکیب عناصر سازنده اتصال در راستای جوشکاری آلیاژهای AISI 304 و AISI 420

 

توزیع عناصر مختلف در ساختار یک ماده
توزیع عناصر مختلف در ساختار یک ماده

علاوه بر این، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی و روش مپ EDS می‌توان توزیع هر عنصر را به صورت ابری از توزیع، مشاهده کرد. به طور مثال در شکل زیر توزیع عناصر مختلف در ساختار یک ماده نشان داده شده است.

یک روش دیگر کاتدولومیسانس یا کاتدتابناکی (Cathodoluminescence) نام دارد. کاتدولومیسانس شدت و طیف نور ساطع شده از ماده تحت تأثیر پرتو الکترونی را آنالیز می کند. در سیستم‌های SEM که از این آشکارسازها استفاده می‌کنند، کدگذاری رنگی سیگنال‌ها متداول است. بنابراین تفاوت در توزیع اجزای مختلف نمونه می‌تواند به خوبی مشاهده و مقایسه شود. به طور اختیاری تصویر استاندارد الکترون ثانویه را می‌توان با یک یا چند کانال ترکیب کرد تا ساختار و ترکیب نمونه‌ها قابل مقایسه گردد. میکروسکوپ الکترونی انعکاسی (Reflection electron microscope):  در داخل میکروسکوپ الکترونی انعکاسی یا همان REM، همچون TEM از برخورد باریکه الکترون با سطح ماده بهره می‌برند ولی در این مورد به جای استفاده از عبور الکترون‌ها از داخل ماده (TEM) و یا الکترون‌های ثانویه (SEM)، از انعکاس باریکه الکترون‌های پراکنده شده الاستیک استفاده می‌شود.  میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی (Scanning transmission electron microscope):این نوع میکروسکوپ‌ها ترکیبی از میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری و روبشی هستند و قابلیت‌های هر دوی آنها را ارائه می‌دهند.میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی یا همان STEM با متمرکز کردن پرتو الکترونی بر روی یک پراب بسیار کوچک و حرکت  رفت و برگشتی آن بر روی نمونه، سطح قطعه را اسکن می کند. این پراب به منظور تسهیل آشکارسازی الکترون‌های متمرکز بر روی نمونه، نازک شده است. رزولوشن بالای میکروسکوپ‌های TEM در این نوع میکروسکوپ نیز در دسترس می‌باشد. در این میکروسکوپ بر خلاف TEM عمل تمرکز قبل از برخورد الکترون با سطح ماده اتفاق می‌افتد.

تصویر میکروسکوپ الکترونی

تصویر میکروسکوپ الکترونی

آماده‌سازی نمونه:  

نمونه‌هایی که بایستی با میکروسکوپ الکترونی بررسی شوند، دارای یک پروسه آماده‌سازی هستند که قبل از انجام آزمایش توسط میکروسکوپ بایستی پروسه مذکور طی شود. این پروسه بسته به نوع نمونه متفاوت است:آماده‌سازی نمونه:

  • تثبیت شیمیایی: برای نمونه‌های بیولوژیکی هدف از این مرحله تثبیت ساختار ماکرومولکولار نمونه است.
  • آلایش منفی: سوسپانسیون‌های شامل نانو ذرات یا مواد ریز بیولوژیکی (مانند ویروس و باکتری)، با یک محلول رقیق مانند مولیبدن آمونیوم، اورانیل استات (یا فرمیت) یا اسید فسفودوگرام ترکیب می‌شوند.
  • فیکس کردن سرمایشی: فریز کردن یک نمونه با سرعت بالا در اتان مایع و نگه داشتن در نیتروژن مایع و یا حتی هلیوم مایع طوری که آب تشکیل یخ آمورف (غیر کریستالی) بدهد. این کار نمونه را در حالت تصویری از محلول نگه می‌دارد.
  • آب زدایی: دهیدراسیون یا جایگزینی آب با حلال‌های زیستی مانند اتانول یا استون و روش‌های مشابه.
  • مانت نمونه‌های بیولوژیکی: پس از دهیدراسیون، بافت برای مشاهده در میکروسکوپ الکترونی در داخل مواد مناسب مانت می‌شود. از مواد مناسب برای مانت می‌توان به رزین اپوکسی مانند Araldite، Epon، یا Durcupan اشاره کرد؛ بافت‌ها همچنین می‌توانند به طور مستقیم در رزین‌های آکریلیک مانت شوند. پس از اینکه رزین پلیمریزه شد (سخت شد)، نمونه به لایه‌های نازک تقسیم می‌شود و آلایش می‌شود. اکنون نمونه معمولاً قابل مشاهده است.
  • مانت، مواد: پس از مانت کردن مواد در رزین، معمولاً نمونه‌ها با استفاده از ساینده‌های بسیار ریز مورد سمباده زنی قرار می‌گیرند تا سطحی آینه‌ای به وجود آید. عملیات پرداخت باید به دقت انجام شود تا از ایجاد خراش و سایر ایرادات پرداخت که کیفیت تصویربرداری را کاهش می‌دهند، جلوگیری شود.
  • تکرار سطحی (کپی سطح): سطح لایه نشانی شده توسط فلزات، با کربن خالص تبخیر شده از یک الکترود کربن پوشش داده می‌شود. پس از آن از مواد سازنده نمونه با استفاده از حمام اسیدی یا آنزیم‌ها و یا جداسازی مکانیکی از پوشش‌ها جدا می‌شود. این فرآیند یک سطح کپی از سطح نمونه ایجاد می کند که می‌توان آن را با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری مورد بررسی قرار داد.
  • مقطع زنی: مقاطع نازکی از نمونه که در مقابل پرتو الکترونی نیمه گذرا هستند، ساخته می‌شود. این مقاطع می‌توانند با یک شیشه و یا چاقوی الماسی بریده شوند و تا حد ۶۰ الی ۹۰ نانومتر نازک شوند. چاقوهای شیشه‌ای نیز برای این امر مورد استفاده قرار می‌گیرند، به این دلیل که این چاقوها قابل تولید در آزمایشگاه‌ها هستند و با قیمت بسیار ارزان‌تری در دسترس قرار می‌گیرند.
  • آلایش: برای این کار از فلزات سنگین مانند سرب، اورانیوم و تنگستن برای پراکنده ساختن الکترون‌های تصویربرداری و به تبع آن ایجاد تضاد بین ساختارهای متفاوت استفاده می‌شود. آلایش به این دلیل انجام می‌شود که بسیاری از نمونه‌ها، به خصوص نمونه‌های بیولوژیکی در مقابل الکترون شفاف هستند. به طور معمول لایه‌های نازک نمونه‌های بیولوژیکی برای چند دقیقه در داخل محلول آبی یا الکلی اورانیل استات و سپس سیترات سرب آب قرار داده می‌شوند.
  • روش آماده‌سازی شکست سرمایشی یا اچ سرمایشیtch – a : این روش معمولاً برای آزمایش غشای چربی و پروتئین‌ها استفاده می‌شود. بافت تازه به سرعت منجمد می‌شود و سپس  شکانده می‌شود. سپس سطح شکسته شده با پلاتینیوم یا طلای تبخیر شده در تبخیر کننده خلأ بالا پوشش داده می‌شود. دومین پوشش کربن، برای بهبود پایداری پوشش کپی سطح، انجام می‌شود.
  • ماشینکاری با استفاده از پرتو یونی: در این روش و تحت زاویه مشخصی پرتو یونی (معمولاً آرگون) به سطح قطعه کار تابانده شده و موجب پاشش مواد سطح به اطراف می‌شود. پرتو یونی علاوه بر ماشینکاری می‌تواند برای پولیش‌کاری پیش از انجام آزمایش SEM موادی که از پولیش‌کاری مکانیکی آنها دشوار است نیز به کار رود.
  • پوشش رسانا: یک پوشش فوق‌العاده نازک از مواد رسانای الکتریکی با تبخیر در خلأ بالا، بر روی نمونه نشانده می‌شود. این عمل به دلیل جلوگیری از انباشت میدان‌های الکتریکی استاتیکی حاصل از پرتوافکنی الکترونی مورد نیاز برای تصویربرداری، بر روی نمونه قرار داده می‌شود. مواد پوششی شامل طلا، طلا/پالادیوم، پلاتین، تنگستن، گرافیت و غیره است.
  • زمین الکتریکی: برای دوری از شارژ الکترونی تجمع یافته بر روی یک نمونه پوشش داده شده با مواد رسانا، نمونه معمولاً از نظر الکتریکی به نگه‌دارنده نمونه فلزی متصل می‌شود. اغلب یک چسب هادی الکتریسیته برای این منظور استفاده می‌شود.
میکروسکوپ الکترونی
یک حشره پوشش داده شده با طلا

معایب:

ساخت و نگهداری میکروسکوپ الکترونی پر هزینه است اما هزینه‌های سرمایه و هزینه‌های جاری برخی از سیستم‌های میکروسکوپ نوری با میکروسکوپ‌های پایه الکترون همپوشانی دارد. میکروسکوپ‌هایی که برای رسیدن به رزولوشن بالا طراحی می‌شوند باید در ساختمان‌های پایدار (گاهی اوقات زیر زمین) با خدمات ویژه مانند سیستم‌های حذف میادین مغناطیسی نگهداری شوند. نمونه‌ها عمدتاً باید در خلأ مورد مشاهده توسط میکروسکوپ الکترونی قرار گیرند. دلیل این امر آن است گه مولکول‌های هوا الکترون‌ها را پراکنده می‌کنند. در این مورد میکروسکوپ الکترونی فاز مایع مستثنا است. میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی معمولاً در حالت خلأ بالا کار می‌کنند و تصاویر نمونه‌های رسانا را تولید می‌کنند. به همین علت برای ایجاد تصویر از مواد نارسانا، این مواد بایستی با لایه‌ای از مواد رسانا (مانند طلا، پلاتینیوم، کربن و …) پوشش داده شده باشند. حالت ولتاژ پایین میکروسکوپ‌های الکترونی مدرن امکان مشاهده نمونه‌های غیر رسانا و بدون پوشش را ایجاد کرده است. مواد نارسانا همچنین می‌توانند با یک میکروسکوپ الکترونی اسکنی در یک فشار یا محیط متفاوت تصویربرداری شوند. نمونه‌های کوچک پایدار، همچون نانو لوله کربنی و کریستال‌های معدنی کوچک، نیازی به عمل خاصی قبل از مورد آزمایش قرار گرفتن با یک میکروسکوپ الکترونی ندارند. نمونه‌های مواد هیدراته شامل تمام نمونه‌های بیولوژیکی بایستی در شرایط مختلفی آماده شوند تا تثبیت گردند، ضخامت آنها کاهش یابد (مقطع زنی بسیار نازک) و کنتراست نوری الکترونی آنها افزایش یابد (آلایش). این فرایندها ممکن است به ایجاد بخش‌های مصنوعی در تصویر نهایی منجر شود، اما این ایراد را می‌توان با مقایسه نتایج حاصل از روش‌های مختلف تهیه نمونه، شناسایی کرد.

چند نمونه از تصاویر میکروسکوپ الکترونی

 بافت چوب در میکروسکوپ الکترونی

بافت چوب در میکروسکوپ الکترونی

بافت پر پروانه در میکروسکوپ الکترونی

بافت پر پروانه در میکروسکوپ الکترونی

ساختار سطح آلومنیوم در زیر میکروسکوپ الکترونی

تصویر ساختار سطح آلومنیوم در زیر میکروسکوپ

گرده گل های مختلف در زیر میکروسکوپ الکترونی

تصویر گرده گل های مختلف در زیر میکروسکوپ

 

چشم مگس در زیر میکروسکوپ الکترونی

تصویر چشم مگس در زیر میکروسکوپ

پوست کوسه در زیر میکروسکوپ الکترونی

تصویر پوست کوسه در زیر میکروسکوپ

عنکبوت در زیر میکروسکوپ الکترونی

تصویر عنکبوت زیر میکروسکوپ

 

 

Rate this post

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *