De elektronenmicroscoop vertegenwoordigt een significante variatie op de klassieke microscoop. Met behulp van elektronen kan het het oppervlak of de binnenkant van een object in beeld brengen.
Wat is een elektronenmicroscoop?
De elektronenmicroscoop vertegenwoordigt een significante variatie op de klassieke microscoop. Vroeger stond de elektronenmicroscoop ook wel bekend als de supermicroscoop. Het dient als een wetenschappelijk instrument waarmee objecten picturaal kunnen worden vergroot door de toepassing van elektronische stralen, waardoor grondiger onderzoek mogelijk is. Met een elektronenmicroscoop kunnen veel hogere resoluties worden bereikt dan met een lichtmicroscoop. Lichtmicroscopen kunnen in het beste geval een vergroting van tweeduizend keer bereiken. Als de afstand tussen twee punten echter minder is dan de helft van de golflengte van licht, kan het menselijk oog ze niet langer afzonderlijk onderscheiden. Een elektronenmicroscoop haalt daarentegen een vergroting van 1: 1,000,000. Dit kan worden toegeschreven aan het feit dat de golven van de elektronenmicroscoop aanzienlijk korter zijn dan de lichtgolven. Om storende lucht te elimineren moleculen, wordt de elektronenbundel in een vacuüm op het object gefocusseerd door enorme elektrische velden. De eerste elektronenmicroscoop werd in 1931 ontwikkeld door de Duitse elektrotechnici Ernst Ruska (1906-1988) en Max Knoll (1897-1969). Aanvankelijk dienden echter kleine metalen roosters in plaats van elektron-transparante objecten als afbeeldingen. Ernst Ruska construeerde in 1938 ook de eerste elektronenmicroscoop die voor commerciële doeleinden werd gebruikt. In 1986 ontving Ruska de Nobelprijs voor de natuurkunde voor zijn supermicroscoop. Elektronenmicroscopie is in de loop der jaren continu aan nieuwe ontwerpen en technische verbeteringen onderworpen, zodat de wetenschap tegenwoordig niet meer weg te denken is uit de elektronenmicroscoop.
Vormen, soorten en soorten
De belangrijkste basistypen van elektronenmicroscoop zijn de scanning-elektronenmicroscoop (SEM) en de transmissie-elektronenmicroscoop (TEM). De scanning-elektronenmicroscoop scant een dunne elektronenstraal over een vast object. Elektronen of andere signalen die opnieuw uit het object komen of worden terugverstrooid, kunnen synchroon worden gedetecteerd. De gedetecteerde stroom bepaalt de intensiteitswaarde van de pixel die de elektronenbundel scant. In de regel kunnen de bepaalde gegevens worden weergegeven op een aangesloten scherm. Op deze manier kan de gebruiker de opbouw van het beeld in realtime volgen. Bij het scannen met de elektronenbundels is de elektronenmicroscoop beperkt tot het oppervlak van het object. Voor visualisatie stuurt het instrument de beelden over een fluorescerend scherm. Na het fotograferen kunnen de afbeeldingen worden vergroot tot 1: 200,000. Bij gebruik van een transmissie-elektronenmicroscoop, afkomstig van Ernst Ruska, wordt het te onderzoeken object, dat een geschikte dunheid moet hebben, bestraald door de elektronen. De juiste dikte van het object varieert van enkele nanometers tot enkele micrometers, wat afhangt van het atoomnummer van de atomen van het objectmateriaal, de gewenste resolutie en het niveau van de versnellingsspanning. Hoe lager de versnellingsspanning en hoe hoger het atoomnummer, hoe dunner het object moet zijn. Het beeld van de transmissie-elektronenmicroscoop wordt gevormd door de geabsorbeerde elektronen. Andere subtypes van de elektronenmicroscoop zijn de kyro-elektronenmicroscoop (KEM), die wordt gebruikt om complexe eiwitstructuren te bestuderen, en de hoogspanningselektronenmicroscoop, die een zeer hoge versnellingsmarge heeft. Het wordt gebruikt om uitgebreide objecten in beeld te brengen.
Structuur en werkwijze
De structuur van een elektronenmicroscoop lijkt weinig gemeen te hebben met een lichtmicroscoop aan de binnenkant. Toch zijn er parallellen. Het elektronenkanon bevindt zich bijvoorbeeld aan de bovenkant. In het eenvoudigste geval kan dit een wolfraamdraad zijn. Dit wordt verwarmd en zendt elektronen uit. De elektronenbundel wordt gefocusseerd door elektromagneten, die een ringachtige vorm hebben. De elektromagneten zijn vergelijkbaar met de lenzen in een lichtmicroscoop. De fijne elektronenbundel kan nu zelfstandig elektronen uit het monster slaan. De elektronen worden vervolgens weer opgevangen door een detector, waaruit een beeld kan worden gegenereerd. Als de elektronenbundel niet beweegt, kan er maar één punt in beeld worden gebracht, maar als er een oppervlak wordt gescand, treedt er een verandering op. De elektronenbundel wordt afgebogen door elektromagneten en lijn voor lijn over het te onderzoeken object geleid. Deze scan maakt een vergroot beeld met hoge resolutie van het object mogelijk. Als de onderzoeker nog dichter bij het object wil komen, hoeft hij alleen het gebied van waaruit de elektronenbundel wordt gescand te verkleinen. Hoe kleiner het scangebied, hoe groter het object wordt weergegeven. De eerste elektronenmicroscoop die werd geconstrueerd, vergrootte de onderzochte objecten 400 keer. In moderne tijden kunnen de instrumenten een object zelfs 500,000 keer vergroten.
Medische en gezondheidsvoordelen
Voor geneeskunde en wetenschappelijke takken zoals biologie is de elektronenmicroscoop een van de belangrijkste uitvindingen. Zo kunnen met het instrument fantastische onderzoeksresultaten worden behaald. Bijzonder belangrijk voor de geneeskunde was het feit dat virussen kon nu ook worden onderzocht met een elektronenmicroscoop. Virussenzijn bijvoorbeeld vele malen kleiner dan bacteriën, dus ze kunnen niet in detail worden afgebeeld met een lichtmicroscoop. Evenmin is de binnenkant van een cel met lichtmicroscopen tot in detail te doorgronden. Dit veranderde echter met de elektronenmicroscoop. Tegenwoordig gevaarlijke ziekten zoals 에이즈 (HIV) of hondsdolheid kan veel beter onderzocht worden met elektronische microscopen. De elektronenmicroscoop heeft echter ook enkele nadelen. Zo kunnen de onderzochte objecten worden beïnvloed door de elektronenbundel door verhitting of doordat de snel rijdende elektronen in botsing komen met complete atomen. Bovendien zijn de aanschaf- en onderhoudskosten van een elektronenmicroscoop erg hoog. Om deze reden worden de instrumenten vooral gebruikt door onderzoeksinstituten of private dienstverleners.
