Мы привыкли видеть, как учёные щурятся и таращатся в микроскоп, прижимаясь глазами к окулярам и часами пытаются настроить чёткость, чтобы наконец узреть невидимое. Так вот, забудьте! Мы уже давно так не делаем (почти). Теперь, чтобы увидеть микробы или даже нанороботов, достаточно просто включить компьютер.
Человеческий глаз может различить две точки на расстоянии 0.2 мм друг от друга. Это расстояние называется разрешающей способностью или разрешением. Чтобы различить более близко стоящие точки, нам нужна помощь инструментов. И первое, что изобрели — это линзы и световой микроскоп. Современный световой микроскоп имеет максимальное увеличение около 1000x. На увеличение влияет количество и качество линз, а также длина волны света, используемого для освещения. Мы видим в белом свете, который состоит из всех цветов видимого спектра с длиной волны от 400 до 700 нанометров (нм). Когда мы рассматриваем что-то в световой микроскоп, свет проходит через несколько маленьких отверстий в объекте или взаимодействует с маленькими объектами в процессе формирования изображения. Эти отверстия могут находиться, в том числе, на краях линзы. Эти маленькие отверстия и взаимодействия вызывают дифракцию, что ограничивает разрешение микроскопа. Поэтому предел светового микроскопа составляет около 200 нм. Дифракция возникает, когда световые волны изгибаются и расходятся, проходя через небольшие уже упомянутые отверстия. Когда дифракционные картины двух точек перекрываются настолько сильно, яркие пятна точек сливаются в одно, мы перестаём различать их.
И тут на помощь приходит СЭМ — сканирующий электронный микроскоп! Чтобы различить точки, стоящие ближе чем 200 нм друг от друга, можно использовать электроны. Электроны имеют гораздо меньшую длину волны, что позволяет добиться лучшего разрешения. Длина волны падающего электрона зависит от ускоряющего напряжения электронного микроскопа. СЭМ посылает электроны, которые взаимодействуют с атомами в образце, а вторичные электроны, испускаемые образцом, используются для формирования изображения поверхности. На РЭМ-изображениях часто возникает эффект 3D благодаря взаимодействию электронов с рельефом поверхности. СЭМ также может увеличить изображение в 300 000x раз! Изображения, полученные с помощью СЭМ, всегда состоят из оттенков серого. Если вы видите цветное изображение, его покрасили на компуктере.
СЭМ "обстреливает" электронами образцы того, что учёный хочет увидеть, но электроны этого не знают. Поэтому они будут попадать на частицы в воздухе и сам воздух, и вы не увидите образец. Чтобы очистить путь для маленьких электронов, воздух выкачивают из микроскопа, оставляя вакуум. Отсутствие всего также предотвращает электрические разряды. Это помогает поддерживать микроскоп в чистоте, защищая источник электронов и детекторы от загрязнения. Пустота также позволяет обеспечивать высокоэнергетическое ускорение электронов.
На видео моя коллега показывает, как она работает с СЭМ. Она исследует, как бактерии, которые заселяют вставки в тело (импланты), образуют биоплёнку и вызывают воспаления и инфекции у больных после операций.
Источники:
nanoscienceточкаcom/techniques/scanning-electron-microscopy/
wurточкаnl/en/research-results/research-institutes/plant-research/facilities/wageningen-electron-microscopy-centre/scanning-electron-microscopy.htm
Mohammed, Azad, and Avin Abdullah. "Scanning electron microscopy (SEM): A review." Proceedings of the 2018 International Conference on Hydraulics and Pneumatics—HERVEX, Băile Govora, Romania. Vol. 2018. 2018.
Ставя любо, подписываясь или же пересылая статью друзьям, Вы помогаете мне продвигать настоящую науку.
Предыдущая статья: Что нашли в гробу Сальвадора Дали, и при чём тут тест на отцовство?