Un microscopio electrónico del es un tipo de microscopio que utilice los electrones para iluminar un espécimen y para crear una imagen agrandada. Los microscopios electrónicos tienen energía de resolución mucho mayor que los microscopios ligeros y pueden obtener ampliaciones mucho más altas que algunos microscopios electrónicos pueden magnificar especímenes hasta 2 millones de veces, mientras que los mejores microscopios ligeros se limitan a las ampliaciones de 2000 veces. El electrón y los microscopios ligeros crean imágenes con la radiación electromágnetica, con su energía de resolución y ampliación limitadas por la longitud de onda de la radiación electromágnetica que es utilizada para obtener la imagen. La mayores resolución y ampliación del microscopio electrónico es debido a la longitud de onda de un electrón que es mucho más pequeño que el de un fotón de la luz.
El microscopio electrónico utiliza el las lentes electromágneticas electrostáticas de y en la formación de la imagen controlando el haz electrónico para centrarlo en un plano específico concerniente al espécimen de una forma similar en a cómo un microscopio ligero utiliza las lentes de cristal para enfocar la luz o a través de un espécimen para formar una imagen.
Historia
El primer prototipo del microscopio electrónico fue construido en el 1931 por el Ernst Ruska de los ingenieros del alemán y la loma máxima . Fue basado en las ideas y los descubrimientos francés Louis de Broglie del físico. Aunque fuera primitivo y no cabido para el uso práctico, el instrumento era todavía capaz de magnificar objetos por cuatrocientos veces.El Reinhold Rudenberg, el director de investigación Siemens, había patentado el microscopio electrónico en 1931, aunque Siemens no hiciera ninguna investigación sobre los microscopios electrónicos en aquel momento. En 1937 Siemens comenzó a financiar Ruska y el Bodo von Borries para desarrollar un microscopio electrónico. Siemens también empleó el Helmut del hermano de Ruska para trabajar en usos, particularmente con los especímenes biológicos.
En la misma década de Manfred von Ardenne de los años 30 inició el microscopio electrónico de exploración y su microscopio electrónico universal.
Siemens produjo el primer TEM comercial en 1939, pero el primer microscopio electrónico práctico había sido construido en la universidad de Toronto en el 1938, por el Eli Franklin Burton y estudiantes Cecil Pasillo, James un más montañoso y Albert Prebus.
Aunque los microscopios electrónicos modernos puedan magnificar objetos hasta dos millones de veces, todavía se basan sobre el prototipo de Ruska. El microscopio electrónico es una parte integrante de muchos laboratorios. Los investigadores lo utilizan para examinar los materiales biológicos (tales como microorganismos y células ), una variedad de moléculas grandes, muestras médicas de la biopsia, los metales y las estructuras cristalinas, y las características de varias superficies. El microscopio electrónico también se utiliza extensivamente para la inspección, la garantía de calidad y los usos del análisis de la falta en industria, incluyendo, particularmente, la fabricación del dispositivo de semiconductor.
Fabricantes del microscopio electrónico
Los fabricantes importantes incluyen:
Grupo de Delong
FEI Company - los E. (combinados con la óptica de electrón de Philips )
FOCO GmbH - Alemania
Hitachi - Japón
JEOL Ltd. - Japón (electro laboratorio de la óptica de Japón)
TESCAN - UE
Carl Zeiss NTS GmbH
Tipos
Microscopio electrónico de la transmisión (TEM)
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la microscopia electrónica de transmisión La forma original de microscopia electrónica, microscopia electrónica de transmisión (TEM) implica un alto haz electrónico del voltaje emitido por un cátodo, generalmente un filamento del tungsteno y enfocado por las lentes electromágneticas electrostáticas y . El haz electrónico que se ha transmitido a través de un espécimen que está en la parte transparente a los electrones lleva la información sobre la estructura interna del espécimen en el haz electrónico que alcanza el sistema de la proyección de imagen del microscopio. La variación espacial en esta información (el " image") entonces es magnificado por una serie de lentes electromágneticas hasta que sea registrada golpeando una pantalla fluorescente, una placa fotográfica, o un sensor sensible a la luz tal como una cámara del CCD (dispositivo acoplado de carga eléctrica ). La imagen detectada por el CCD se puede exhibir en tiempo real en un monitor o una computadora.
La resolución del TEM es limitada sobre todo por la aberración esférica, pero una nueva generación de correctores de la aberración ha podido superar parcialmente la aberración esférica para aumentar la resolución. La corrección de software de la aberración esférica para el de alta resolución HRTEM de TEM ha permitido la producción de imágenes con la suficiente resolución de demostrar los átomos de carbón en el diamante separado por solamente 0.89 ångström (89 Picometers y átomos en silicio en 0.78 ångström (78 picometers) en las ampliaciones de 50 millones de veces. La capacidad de determinar las posiciones de átomos dentro de los materiales ha hecho el HRTEM una herramienta importante para la investigación y desarrollo de las nanotecnologÃas.
Microscopio electrónico de exploración (SEM)
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l microscopio electrónico de exploración Desemejante del TEM, donde los electrones de la viga de alto voltaje forman la imagen del espécimen, el microscopio electrónico de exploración (SEM) produce imágenes detectando los electrones secundarios de la energía baja que son emitidos de la superficie del espécimen debido a la excitación por el haz electrónico primario. En los SEM, el haz electrónico rastered a través de la muestra, con los detectores aumentando una imagen trazando las señales detectadas con la posición de viga.
Generalmente, la resolución de TEM está sobre una orden de la magnitud mayor que la resolución de los SEM, sin embargo, porque la imagen de los SEM confía en los procesos superficiales algo que la transmisión que puede a las muestras del bulto de la imagen y tiene una profundidad mucho mayor de la visión, y así que puede producir las imágenes que son una buena representación de la estructura 3D de la muestra.
Microscopio electrónico de la reflexión (REM)
Además hay un microscopio electrónico de la reflexión del (REM). Como TEM, esta técnica implica incidente de los haces electrónicos en una superficie, pero en vez de usar la transmisión (TEM) o electrones secundarios (SEM), se detecta la viga reflejada. Esta técnica se junta típicamente con la difracción de electrón de la alta energía de la reflexión y el espectro de gran energía de la pérdida de la reflexión (RHELS) del . Otra variación es la microscopia electrónica de poca energía Hacer girar-Polarizada (SPLEEM), que se utiliza para mirar la microestructura de los dominios magnéticos
Microscopio electrónico de la transmisión de la exploración (STEM)
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l microscopio electrónico de la transmisión de la exploración
El VÁSTAGO combina la alta resolución del TEM con las funciones rastering de la viga de los SEM, permitiendo que una gama de técnicas analíticas sea utilizada que no sean posibles con TEM convencional.
Preparación de la muestra
Los materiales que se verán debajo de un microscopio electrónico pueden requerir el proceso para producir una muestra conveniente. La técnica requerida varía dependiendo del espécimen y del análisis requeridos:Cryofixation - congelando un espécimen tan rápido, a las temperaturas del nitrógeno líquido o aún del helio del líquido, que el agua forma el hielo (no cristalino) vítreo . Esto preserva el espécimen en una foto de su estado de la solución. Un campo entero llamado la microscopia del Cryo-electrón ha ramificado de esta técnica. Con el desarrollo de la microscopia del cryo-electrón de las secciones vítreas (CEMOVIS), es posible ahora observar virtualmente cualquier espécimen biológico cerca de su estado nativo.
Deshidratación del - substituyendo el regar con los solventes orgánicos tales como etanol o acetona .
que encaja - infiltración del tejido con una resina tal como Araldite o de epoxy para seccionar. Después de que este proceso de encajadura comience, el espécimen se debe pulir a un final mirror-like usar los abrasivos ultrafinos. El proceso de pulido se debe realizar cuidadosamente para reducir al mínimo los rasguños y otros artefactos de pulido que imponen ante calidad de la imagen.
que secciona - produce las partes finas del espécimen, semitransparentes a los electrones. Éstos se pueden cortar en un ultramicrótomo con un cuchillo del diamante para producir rebanadas muy finas. Los cuchillos de cristal también se utilizan porque pueden ser hechos en el laboratorio y son mucho más baratos.
que mancha - los metales pesados de las aplicaciones tales como llevan, el uranio o el tungsteno para dispersar electrones de la proyección de imagen y para dar así contraste entre diversas estructuras, puesto que muchos materiales (especialmente biológicos) son casi " transparent" a los electrones (objetos débiles de la fase). En biología, los especímenes son generalmente " manchado; bloc" del en; antes de encajar y también manchado más adelante directo después de seccionar por la breve exposición (o el alcohólico) a las soluciones acuosas de las manchas de metales pesados.
Congelar-fractura o freeze-etch - un método del de la preparación particularmente útil para examinar las membranas del lípido y sus proteínas incorporadas en " on" de la cara; visión. La suspensión fresca del tejido o de la célula se congela rápido (cryofixed), después es fracturada simplemente rompiéndose o usando un microtoma mientras que está mantenida en la temperatura del nitrógeno líquido. La superficie fracturada fría (a veces " etched" aumentando la temperatura alrededor a -100°C por varios minutos para dejar un poco de hielo sublime) entonces es sombreado con platino u oro evaporado a un ángulo medio de 45° en un evaporador del alto vacío. Una segunda capa del carbón, perpendicular evaporado al plano superficial medio se realiza a menudo para mejorar la estabilidad de la capa de la reproducción. El espécimen se vuelve a la temperatura ambiente y a la presión, entonces el " extremadamente frágil; pre-shadowed" la reproducción del metal de la superficie de la fractura es lanzada del material biológico subyacente por la digestión química cuidadosa con los ácidos, la solución del hipoclorito o el detergente del SDS. La reproducción aún-flotante se lava a fondo de los productos químicos residuales, pesqueros cuidadosamente para arriba en las rejillas del EM, secadas entonces visto en el TEM.
Viga de ion del que muele - enrarece muestras hasta que sean transparentes a los electrones encendiendo los iones (típicamente argón ) en la superficie de un ángulo y farfullando el material de la superficie. Una subclase de esto es la viga de ion enfocada que muele, donde los iones del galio se utilizan para producir una membrana transparente del electrón en una región específica de la muestra, por ejemplo a través de un dispositivo dentro de un microprocesador. El moler de la viga de ion se puede también utilizar para seccionado transversalmente puliendo antes de los SEM el análisis de los materiales que son difíciles de prepararse usar el pulido mecánico.
Capa conductora del - una capa ultrafina de material eléctrico-que conduce, depositada por la evaporación del alto vacío o por vacío bajo farfulla la capa de la muestra. Esto se hace para prevenir la acumulación de campos eléctricos estáticos en el espécimen debido a la irradiación del electrón requerida durante proyección de imagen. Tales capas incluyen el oro, el oro/el paladio, el platino, el tungsteno, el grafito etc. y son especialmente importantes para el estudio de especímenes con el microscopio electrónico de exploración. Otra razón de la capa, incluso cuando hay más que bastante conductividad, es mejorar el contraste, una situación más común con la operación de un FESEM (emisión de campo SEM). Cuando se utiliza una máquina de pintar del osmio, un deluente lejano de la capa que ser posible con las capas farfulladas previamente mencionadas unas de los es posible.
Desventajas
Los microscopios electrónicos son costosos comprar y mantener. Son dinámicos algo que parásitos atmosféricos en su operación: requerir fuentes de alto voltaje extremadamente estables, corrientes extremadamente estables a cada bobina/lente electromágneticas, sistemas continuo-bombeados de high-/ultra-high-vacuum, y una circulación del abastecimiento de agua de enfriamiento a través de las lentes y de las bombas. Pues son muy sensibles a los campos magnéticos de la vibración y del external, los microscopios dirigidos alcanzando altas resoluciones se deben contener en los edificios (a veces subterráneos) con servicios especiales. Algunos microscopios electrónicos de escritorio de la baja tensión tienen capacidades de TEM en las tensiones muy bajas (alrededor 5 kilovoltios) sin requisitos rigurosos de la fuente del voltaje, de la bobina de la lente actual, del agua de enfriamiento o del aislamiento de vibración y como tales son mucho menos costosos comprar y lejos más fácil instalar y mantener, pero no tienen las mismas capacidades ultraaltas de la resolución (de la escala atómica) como los instrumentos más grandes.
Las muestras tienen que ser vistas en gran parte en el vacío, como las moléculas que componen el aire dispersarían los electrones. Una excepción es el microscopio electrónico ambiental de exploración, que permite que las muestras hidratadas sean vistas en un de baja presión (hasta 20 torres ), ambiente mojado.
De la exploración de los microscopios electrónicos imagen generalmente conductora o materiales semi-conductive mejores. Los materiales Non-conductive pueden ser reflejados por un microscopio electrónico ambiental de exploración. Una técnica común de la preparación es cubrir la muestra con una capa del vario-nanómetro de material conductor, tal como oro, de una máquina de la farfulla; sin embargo este proceso tiene el potencial para disturbar muestras delicadas.
Las muestras tienen que ser preparadas en gran medida para dar el detalle apropiado, que puede dar lugar a los artefactos puramente el resultado del tratamiento. Esto da el problema de distinguir los artefactos del material, particularmente en muestras biológicas . Los científicos mantienen que los resultados de varias técnicas de la preparación se han comparado, y como no hay razón que deben todos los artefactos similares del producto, es por lo tanto razonable creer que las características de la microscopia electrónica correlacionan con las células vivas. Además, el trabajo higher-resolution se ha comparado directo a los resultados de la cristalografía de la radiografía, proporcionando la confirmación independiente de la validez de esta técnica. El trabajo reciente se realizó en especímenes unfixated, vitrificados también se ha realizado, más futuro confirmando la validez de esta técnica.
Áreas de aplicación de la microscopia electrónica
Ver también
: Categoría: Imágenes del microscopio electrónicoMicroscopio de emisión de campo
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