82

ÂWIAT NAUKI SIERPIE¡ 2003

Co za widok

SKANINGOWY MIKROSKOP ELEKTRONOWY

Niewielki owad

powi´kszony 10 tys. razy przypomina

gigantycznego przybysza z obcej planety, który jakimÊ
cudem wydosta∏ si´ z filmu science-fiction i pot´˝nie
uzbrojony gotów jest po˝reç Êwiat. Ten fascynujàcy ob-
raz zawdzi´czamy skaningowemu mikroskopowi elek-
tronowemu (SEM – Scanning Electron Microscope),
który powi´ksza do miliona razy. Jego szczególnà w∏aÊci-
woÊcià jest to, ˝e daje dok∏adny obraz powierzchni oglà-
danych obiektów z rozdzielczoÊcià lepszà od 100 Å. Po-
zwala te˝ badaç sk∏ad chemiczny próbki.

„Chocia˝ kojarzy si´ zwykle z obrazami owadów i in-

nych organizmów, mikroskop SEM jest wyjàtkowo uni-
wersalnym przyrzàdem – wyjaÊnia Scott Chumbley, pro-
fesor in˝ynierii materia∏owej w Iowa State University.
– In˝ynierowie wykorzystujà go, aby si´ dowiedzieç,
dlaczego jakiÊ materia∏ si´ nie sprawdza – na przyk∏ad,
czy metal zu˝y∏ si´ w wyniku zm´czenia, korozji lub te˝
zbyt du˝ych napr´˝eƒ. Producenci silników odrzuto-
wych analizujà czàstki osadzone w filtrach olejowych,
aby oceniç, które podzespo∏y zu˝ywajà si´ najszybciej.
Badajàc komórki organizmu, mo˝na natomiast spraw-
dziç, dlaczego zanikajà koÊci lub czy tkank´ zaatako-
wa∏y bakterie. Kryminolog z kolei rozstrzygnie, czy w∏o-
sy, w∏ókna tkaniny i Êlady u˝ycia broni znalezione w
ró˝nych miejscach majà ze sobà jakiÊ zwiàzek.”

Typowy skaningowy mikroskop elektronowy o opisa-

nych mo˝liwoÊciach kosztuje od 150 do 300 tys. dolarów.
Próbka do badaƒ musi byç wysuszona i pokryta war-
stwà przewodzàcà, aby podczas obserwacji pod wp∏y-
wem bombardowania elektronami o du˝ej energii na jej
powierzchni nie zbiera∏ si´ ∏adunek ujemny. Bardziej za-
awansowane przyrzàdy, przystosowane do badaƒ pod
ciÊnieniem atmosferycznym lub w Êrodowisku par cieczy
lub gazu, pozwalajà wprawdzie obserwowaç prepara-
ty nieprzewodzàce lub mokre, ale ich cena w pe∏nej wer-
sji si´ga miliona dolarów. Jeden z takich przyrzàdów
– Quanta firmy FEI z Hillsboro w stanie Oregon – pozwa-
la operatorowi na zwil˝anie, podgrzewanie, rozciàga-
nie i Êciskanie próbki.

Skaningowe mikroskopy elektronowe to nie tylko nie-

zwykle po˝yteczne narz´dzia badawcze. U˝ywajà ich
te˝ artyÊci, aby przedstawiç ró˝ne zwyk∏e i niezwyk∏e
przedmioty, barwiàc czarno-bia∏e obrazy, co ma wzmoc-
niç si∏´ ich wyrazu. Niewykluczone, ˝e ju˝ wkrótce prze-
tworzone wizerunki komórek skóry, pleÊni lub minera-
∏ów znajdà si´ w albumach lub na Êcianach muzeów
obok klasycznych fotografii i obrazów.

Mark Fischetti

NAUKA

W ZAPRZ¢GU

BADANY OBIEKT

trzeba osuszyç, a nast´pnie pokryç bardzo cienkà warstwà
materia∏u przewodzàcego, zwykle z∏ota. Wiàzka elektronów,
która pada na preparat, oddzia∏uje z chmurami elektronowymi atomów
znajdujàcych si´ na powierzchni, wybijajàc z nich elektrony o niskich
energiach. Sà one zbierane przez detektor elektronów wtórnych
o dodatnim potencjale. Proces zbierania elektronów jest powtarzany
miliony razy na sekund´. Ka˝dy cykl odpowiada jednemu pikselowi
obrazu. Umieszczone w detektorze powielacze wzmacniajà sygna∏
od ka˝dego elektronu, zwi´kszajàc nat´˝enie pràdu, analizowane
nast´pnie przez komputer. Niektóre elektrony z padajàcej wiàzki
docierajà w g∏àb preparatu. Sà tam odchylane przez jàdra atomów
i mogà dostaç si´ do detektora wstecznie rozproszonych elektronów
pod obiektywem, dajàc obraz sk∏adu chemicznego próbki.
(Innà metodà badania sk∏adu chemicznego w mikroskopach
elektronowych jest analiza widma promieniowania rentgenowskiego
wzbudzanego przez padajàcà wiàzk´ – przyp. t∏um.)

KENT SNODGRASS

P

recision Graphics

; MICROANGEL

A/TINA CARV

ALHO

Biological EM F

acility

, University of Hawaii

(w∏osek pajàka, mr

ówka

)

Detektor elektronów
wstecznie rozproszonych

Obiektyw

Detektor
elektronów wtórnych

Próbka

‰

ZAJRZEå DO ÂRODKA: W transmisyjnym mikroskopie elektrono-

wym (TEM) elektrony przechodzà przez próbk´ na wylot, dzi´ki cze-
mu mo˝na oglàdaç jej wn´trze. Mikroskop TEM pozwala dostrzec
szczegó∏y o rozmiarach angstrema. W tym celu próbk´ trzeba tak
przygotowaç, aby jej gruboÊç nie przekracza∏a 1000 Å. Nie uda si´
wi´c w ten sposób obejrzeç komara, ale mo˝na zobaczyç wirusa
znajdujàcego si´ w jednej z jego komórek.

‰

SZKOLNY MIKROSKOP: W USA uczniowie mogà w ramach pro-

gramu Excel, finansowanego przez National Science Foundation
(www.mse.iastate.edu/excel), sk∏adaç wnioski o dost´p do skanin-
gowego mikroskopu elektronowego nale˝àcego do Iowa State Uni-
versity. Obs∏uga techniczna przygotowuje przes∏anà próbk´ i umiesz-
cza jà w mikroskopie SEM. W ustalonym czasie klasa ∏àczy si´ z

laboratorium przez Internet i mo˝e sterowaç przyrzàdem, obserwu-
jàc jednoczeÊnie obraz. Mo˝liwe jest poruszanie próbkà, zmiana po-
wi´kszenia, ostroÊci, kontrastu i jasnoÊci obrazu, a tak˝e uzyska-
nie informacji o sk∏adzie chemicznym. Do najcz´Êciej przysy∏anych
próbek nale˝à papier, grafit z o∏ówków, cukier, liÊcie, owady, kurz
i cukierki.

‰

MIKROPIASZCZARKA: Istniejà urzàdzenia podobne do mikrosko-

pu SEM, lecz wykorzystujàce zogniskowanà wiàzk´ jonów, na przy-
k∏ad galu. Za ich pomocà mo˝liwe jest uzyskanie obrazu na tych sa-
mych zasadach co w mikroskopie elektronowym, a tak˝e trawienie
materia∏u próbki, podobnie jak piaszczarkà. Urzàdzenia tego typu
sà u˝ywane m.in. do badania i korygowania Êcie˝ek w uk∏adach sca-
lonych oraz do usuwania ró˝nych mikrostruktur.

CZY WIESZ, ˚E...

KOMPUTER T¸UMACZY

zmieniajàcy si´ sygna∏ od poszczególnych pikseli na obraz
wyÊwietlany na ekranie kineskopu. Punkt wystajàcy nad powierzchni´
próbki jest na ekranie przedstawiany jako jasny; wg∏´bieniu
odpowiada ciemniejsza tonacja. Je˝eli oÊwietlany element powierzchni
jest nachylony w kierunku detektora, jego obraz jest nieco jaÊniejszy;
jeÊli odwrotnie – ciemniejszy. Nasz mózg interpretuje
te ró˝nice jak Êwiat∏o i cieƒ, podobnie jak w przypadku
oÊwietlenia promieniami s∏onecznymi.

DZIA¸O ELEKTRONOWE

wyrzuca elektrony. Soczewki kondensora (nawini´te drutem
cewki) formujà je w skolimowanà wiàzk´ o niewielkiej
Êrednicy, którà nast´pnie ogniskujà soczewki obiektywu.
Cewki odchylajàce wytwarzajà zmienne pole magnetyczne,
pod wp∏ywem którego wiàzka przemiata punkt po punkcie
powierzchni´ próbki.

W∏osek pajàka

Komórki krwi

Mrówka

SIERPIE¡ 2003

ÂWIAT NAUKI

83

Dzia∏o elektronowe

Cewki kondensora

Wiàzka elektronów

Cewka odchylajàca

Obiektyw

Detektor i wzmacniacz