病毒在电子显微镜下的成像 — 高纯度的真空让我们能够精确地观察纳米世界

病毒在电子显微镜下的成像 — 高纯度的真空让我们能够精确地观察纳米世界

电子显微镜帮助科学家观察最小的微观结构。例如,它可以生成病毒和晶格的微观图像。设备内始终保持高纯度的真空。
Electron-microscope-virus-2.jpg

进入全新的微观世界

光的波长限制了光学设备的放大倍数。如果物体小于半微米,传统的光学显微镜就无法对其成像了。虽然多数细菌可以采用此方法识别,但它无法识别更微小的病毒, 需要使用其他物理设备才能看到它们。

1931 年,恩斯特·鲁斯卡(Ernst Ruska)和马克斯·克诺尔(Max Knoll)通过对电子的研究, 在柏林-夏洛藤堡的科技大学制造出第一台透射电子显微镜(TEM)。自此,人眼观察物体进入前所未有的微观维度。他们也成为对薄金属箔成像并观察其晶体结构的先驱人物。

粒子代替光

在光学显微镜下,光波被动地被捕捉并通过透镜进行分解。通过这种光学效应实现放大效果。光学显微镜的工作原理完全不同于透射电子显微镜,后者使用电子源:电子被主动加速,然后以聚焦电子束的形式定向到待观察的物体上。这些粒子与所观察的物体会发生相互作用。显微镜下的图像就是通过评估它们接触后的路径而生成。由于微型粒子的波长在几个皮米量级内,电子显微镜可以按照不同的方式显示纳米量级的结构。

通过透射电子显微镜评估穿透物体的电子束。不过,这仅适用于超薄层;样品的制备往往非常复杂。这种情况下使用扫描电子显微镜(SEM)有点大材小用。它的电子束还可以以网格状扫描三维物体。部分电子束被反射,而更多的电子则被物体释放出来。设备将"捕捉"这些粒子,并通过它们产生图像。例如,微小生物的图像就是这样产生的,当它们被放大到极致时,常常让我们想起那些奇幻的怪兽。

透射电子显微镜与扫描电子显微镜的成像方式只有在电子进出物体的路径上不发生偏转时才一样。所以途中一定不能有任何空气分子挡道。电子显微镜内部始终保持由合适的真空泵制造的高纯度真空。Busch 普旭集团可以提供适合此应用的各种解决方案。

1931 年,第一台电子显微镜的放大倍数达到 400 倍。电子显微镜的发明人之一——恩斯特·鲁斯卡(Ernst Ruska)也在这一突破性成果问世 55 年后(即 1986 年)荣获诺贝尔物理学奖。1938 年,他在西门子公司将此技术引入市场。经过不断的发展,透射电子显微镜的分辨率越来越高。今天的透射电子显微镜可以放大数百万倍,其分辨率可以精确至 0.08 纳米, 可以详细地描绘出分子结构。

借助电子显微镜,人们第一次清晰地观察到细胞内部。今天,此设备在病毒研究中仍发挥着重要作用, 它可以用来破译病毒的形态结构和空间结构。由此,可以得出关于感染风险和传播机制的重要发现。电子显微镜也因此成为医学和生物学领域中一种不可或缺的工具。材料研究也是电子显微镜的一个重要应用领域。


订阅《真空世界》新闻通讯!
现在订阅,随时关注真空世界的最新趣闻。

订阅