Микроскопический мир - это бесконечно увлекательное место, и благодаря технологическому прогрессу последних 90 лет мы теперь можем видеть вещи с невероятно большим увеличением благодаря фотографиям, сделанным с помощью электронного микроскопа.
Сканирующие электронные микроскопы (СЭМ) показывают нам невидимый мир микроорганизмов, объединяя различные сигналы, которые затем сканируются с помощью сфокусированного пучка высокоэнергетических электронов, распространяющихся по образцу. Электроны рассеиваются, и микроскоп использует это рассеяние для воссоздания изображения.
Такое взаимодействие электронов дает нам информацию о топографии, текстуре, химическом составе и ориентации этих материалов в образце.
Объединение этих информационных сигналов в одно изображение дает несколько двумерную, черно-белую фотографию, иногда искусственно окрашенную. Увеличение может варьироваться от 10x до 300 000x, а некоторые микроскопы даже сканируют до 500 000x.
Электронные микроскопы широко используются в науке и технике, а спектр различных методов, которые могут применять их пользователи, чрезвычайно разнообразен. Кроме того, благодаря электронным микроскопам стали возможны почти все последние достижения в области материаловедения - от аэрокосмической промышленности и химии до электроники и использования энергии.
История сканирующего электронного микроскопа
С момента своего изобретения в 1931 году и начала коммерческого использования в 1965 году технология SEM стала основным направлением академических исследований.
Макс Кнолль и Эрнст Руска из Берлинской высшей технической школы были первыми, кто преодолел проблему предельного разрешения в ранних микроскопах. Их самые ранние прототипы доказали, что электронные пучки можно приручить для получения более четких изображений в микроскопе.
Прогресс в технологии электронных линз также позволил минимизировать дефекты, что сделало изображение более четким. В свою очередь, это привело к увеличению разрешения. После создания электронной технологии электронная микроскопия стала развиваться благодаря использованию более ярких электронных пушек и улучшенных вакуумных систем.
После коммерциализации ученые за кулисами многих компаний с домашними именами начали совершенствовать технологию и продавать SEM на коммерческой основе. Компания RCA первой в Северной Америке начала педалировать электромагнитные линзы. General Electric пыталась конкурировать с ними, продавая свои электростатические электронные микроскопы. Philips, Hitachi и Toshiba также сыграли свою роль в процессе разработки.
На рынке появились всевозможные электронные микроскопы: одни для новичков, другие для людей с продвинутыми знаниями. Инженеры, конечно, хотели добиться максимально возможного разрешения. Но при этом они должны были учитывать, что будет наиболее легко продаваться обычному потребителю, который ищет простоты в использовании.
Конечной целью этой технологии было достижение разрешения на атомном уровне. Однако это стало возможным только в 1980-х годах.
Почему эти инновационные средства полезны
Помимо того, что РЭМ выглядят очень круто, они используются в нескольких отраслях: медицине, промышленности и научных исследованиях - и это лишь некоторые из них. Производство микрочипов в значительной степени зависит от сканирующих электронных микроскопов, как и контроль полупроводников.
Медицинские лаборатории используют электронные микроскопы для исследования биологических и небиологических образцов, а также для выявления новых вирусов и заболеваний. Кроме того, с помощью СЭМ можно тестировать новые вакцины и методы лечения.
Исследователи могут даже изучать детальные структуры тканей и клеток в таком масштабе, подсчитывая отдельные частицы в образцах.
СЭМ также помогают идентифицировать ранние человеческие артефакты и датировать исторические руины.
Эта технология также полезна для контроля качества почвы в области сельского хозяйства и земледелия. Электронные микроскопы определяют различия в составе и процессы выветривания на всех видах горных пород и минералов.
Даже судебная система использует данные, полученные с помощью электронных микроскопов, в залах суда. Криминалисты используют СЭМ для обнаружения следов выстрелов, изучения следов от пуль, определения состава краски и волокон - даже для анализа почерка.
Конечно, как видно из этих фотографий сканирующего электронного микроскопа, не все его применения имеют сугубо практический характер. Микрофотографии, сделанные с помощью СЭМ, иногда используются для создания цифровых произведений искусства. Микроскопические материалы могут превращаться в разнообразные пейзажи - как инопланетные, так и до жути знакомые.
