กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน แสดงถึงรูปแบบที่สำคัญของกล้องจุลทรรศน์แบบคลาสสิกด้วยความช่วยเหลือของอิเล็กตรอนมันสามารถถ่ายภาพพื้นผิวหรือภายในของวัตถุได้

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนคืออะไร?

ในสมัยก่อนเรียกว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ผ่านกล้องจุลทรรศน์. ทำหน้าที่เป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่ช่วยให้วัตถุขยายใหญ่ขึ้นด้วยการใช้รังสีอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งช่วยให้สามารถตรวจสอบได้อย่างละเอียดมากขึ้น

ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะทำให้ได้ความละเอียดที่สูงกว่าการใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงมาก ในกรณีที่ดีที่สุดกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงสามารถขยายได้ถึงสองพันเท่า หากระยะห่างระหว่างจุดสองจุดน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นแสงดวงตาของมนุษย์จะไม่สามารถมองเห็นแยกจากกันได้อีกต่อไป

ในทางกลับกันกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสามารถขยายได้ 1: 1,000,000 สิ่งนี้สามารถตรวจสอบย้อนกลับไปได้ว่าคลื่นของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสั้นกว่าคลื่นของแสงมาก เพื่อกำจัดโมเลกุลของอากาศที่รบกวนลำแสงอิเล็กตรอนจะโฟกัสไปที่วัตถุในสุญญากาศโดยใช้สนามไฟฟ้าขนาดใหญ่

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนตัวแรกถูกสร้างขึ้นในปี 1931 โดยวิศวกรไฟฟ้าชาวเยอรมัน Ernst Ruska (1906-1988) และ Max Knoll (1897-1969) อย่างไรก็ตามในขั้นต้นไม่มีการใช้วัตถุโปร่งใสของอิเล็กตรอนเป็นภาพ แต่มีกริดขนาดเล็กที่ทำจากโลหะ Ernst Ruska ยังสร้างกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนตัวแรกในปีพ. ศ. 2481 ซึ่งใช้เพื่อการค้า ในปี 1986 รุสก้าได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์สำหรับกล้องจุลทรรศน์ขนาดใหญ่ของเขา

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนได้รับการออกแบบใหม่ ๆ และการปรับปรุงทางเทคนิคอย่างต่อเนื่องเพื่อให้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนกลายเป็นส่วนสำคัญของวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน

รูปร่างประเภทและประเภท

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดพื้นฐานที่สำคัญที่สุด ได้แก่ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดจะสแกนลำแสงอิเล็กตรอนบาง ๆ เหนือวัตถุขนาดใหญ่ อิเล็กตรอนหรือสัญญาณอื่น ๆ ที่โผล่ออกมาจากวัตถุหรือกระจัดกระจายกลับสามารถตรวจจับได้พร้อมกัน ค่าความเข้มของจุดภาพที่ลำแสงอิเล็กตรอนตรวจพบจะพิจารณาจากกระแสไฟฟ้าที่ตรวจพบ

ตามกฎแล้วข้อมูลที่กำหนดสามารถแสดงบนหน้าจอที่เชื่อมต่อได้ ด้วยวิธีนี้ผู้ใช้สามารถติดตามโครงสร้างของภาพได้แบบเรียลไทม์ เมื่อทำการสแกนด้วยลำแสงอิเล็กทรอนิกส์กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะถูก จำกัด ไว้ที่พื้นผิวของวัตถุ สำหรับการแสดงภาพเครื่องมือจะนำภาพไปที่หน้าจอเรืองแสง หลังจากถ่ายภาพแล้วสามารถขยายภาพได้สูงสุด 1: 200,000

เมื่อใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านของ Ernst Ruska วัตถุที่จะตรวจสอบซึ่งต้องมีความบางอย่างเหมาะสมจะถูกฉายรังสีโดยอิเล็กตรอน ความหนาที่เหมาะสมของวัตถุจะแตกต่างกันไประหว่างไม่กี่นาโนเมตรและหลายไมโครเมตรซึ่งขึ้นอยู่กับเลขอะตอมของอะตอมของวัสดุวัตถุความละเอียดที่ต้องการและระดับของแรงดันไฟฟ้าที่เร่ง ยิ่งแรงดันไฟฟ้าในการเร่งต่ำลงและเลขอะตอมยิ่งสูงวัตถุก็จะยิ่งบางลง ภาพของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านถูกสร้างขึ้นโดยอิเล็กตรอนที่ดูดซับ

ชนิดย่อยอื่น ๆ ของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนคือกล้องจุลทรรศน์ไซโรอิเล็กตรอน (KEM) ซึ่งใช้ในการตรวจสอบโครงสร้างโปรตีนที่ซับซ้อนและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแรงดันสูงซึ่งมีช่วงการเร่งความเร็วสูงมาก ใช้เพื่อแสดงวัตถุขนาดใหญ่

โครงสร้างและการทำงาน

โครงสร้างของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนดูเหมือนจะไม่ค่อยเหมือนกันกับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง แต่มีแนวเดียวกัน ปืนอิเล็กตรอนจะอยู่ด้านบน ในกรณีที่ง่ายที่สุดอาจเป็นลวดทังสเตน นี่คือความร้อนและปล่อยอิเล็กตรอน ลำแสงอิเล็กตรอนถูกโฟกัสโดยแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีรูปร่างเป็นวงแหวน แม่เหล็กไฟฟ้ามีลักษณะคล้ายกับเลนส์ในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง

ตอนนี้ลำแสงอิเล็กตรอนขนาดเล็กสามารถทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากตัวอย่างได้อย่างอิสระ จากนั้นอิเล็กตรอนจะถูกจับอีกครั้งโดยเครื่องตรวจจับซึ่งสามารถสร้างภาพได้ ถ้าลำอิเล็กตรอนไม่เคลื่อนที่จะสามารถถ่ายภาพได้เพียงจุดเดียว อย่างไรก็ตามหากมีการสแกนพื้นที่การเปลี่ยนแปลงจะเกิดขึ้น ลำแสงอิเล็กตรอนถูกเบี่ยงเบนโดยแม่เหล็กไฟฟ้าและชี้แนะทีละบรรทัดเหนือวัตถุที่จะตรวจสอบ การสแกนนี้เปิดใช้งานภาพที่ขยายและมีความละเอียดสูงของวัตถุ

หากผู้ตรวจสอบต้องการเข้าใกล้วัตถุมากขึ้นเขาจะต้องลดพื้นที่ที่จะสแกนลำแสงอิเล็กตรอนเท่านั้น ยิ่งพื้นที่การสแกนมีขนาดเล็กวัตถุก็จะแสดงขนาดใหญ่ขึ้น

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนตัวแรกที่สร้างขึ้นเพื่อขยายวัตถุที่ตรวจสอบ 400 เท่า ปัจจุบันเครื่องมือสามารถขยายวัตถุได้ 500,000 เท่า

ประโยชน์ทางการแพทย์และสุขภาพ

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเป็นหนึ่งในสิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญที่สุดสำหรับการแพทย์และสาขาวิทยาศาสตร์เช่นชีววิทยา ผลการตรวจสอบที่ยอดเยี่ยมสามารถทำได้ด้วยเครื่องมือ

สิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการแพทย์คือความจริงที่ว่าไวรัสสามารถตรวจสอบได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ไวรัสมีขนาดเล็กกว่าแบคทีเรียหลายเท่าดังนั้นจึงไม่สามารถแสดงรายละเอียดได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง

ภายในเซลล์ไม่สามารถสำรวจได้อย่างแม่นยำด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงเช่นกัน อย่างไรก็ตามด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสิ่งนี้เปลี่ยนไป ปัจจุบันโรคที่เป็นอันตรายเช่นเอดส์ (HIV) หรือโรคพิษสุนัขบ้าสามารถค้นคว้าได้ดีขึ้นมากด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กทรอนิกส์

อย่างไรก็ตามกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนยังมีข้อเสียบางประการ ตัวอย่างเช่นวัตถุที่กำลังตรวจสอบอาจได้รับผลกระทบจากลำอิเล็กตรอนเนื่องจากมันร้อนขึ้นหรืออิเล็กตรอนอย่างรวดเร็วชนกับอะตอมทั้งหมด นอกจากนี้ค่าใช้จ่ายในการได้มาและการบำรุงรักษาของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนนั้นสูงมาก ด้วยเหตุนี้เครื่องมือส่วนใหญ่จึงใช้โดยสถาบันวิจัยหรือผู้ให้บริการเอกชน