Portret van een virus onder de elektronenmicroscoop - Hoog vacuüm maakt een nauwkeurige kijk in de nanowereld mogelijk

Portret van een virus onder de elektronenmicroscoop - Hoog vacuüm maakt een nauwkeurige kijk in de nanowereld mogelijk

Met de elektronenmicroscoop kunnen wetenschappers zelfs de kleinste structuren bekijken. Het biedt bijvoorbeeld gedetailleerde beelden van virussen en kristalroosters. Binnenin het apparaat heerst altijd een hoog vacuüm.
Electron-microscope-virus-2.jpg

Vooruitgang in nieuwe microdimensies

De golflengte van licht beperkt de mogelijkheden van optische vergroting. Als de objecten kleiner zijn dan een halve micrometer, kunnen ze niet meer weergegeven worden met een traditionele lichtmicroscoop. Hoewel bacteriën wel op de traditionele manier kunnen worden geïdentificeerd, geldt dit bijvoorbeeld niet voor de veel kleinere virussen. Er zijn andere fysieke eenheden nodig om deze zichtbaar te maken.

Ernst Ruska en Max Knoll maakten gebruik van elektronen. In 1931 ontwikkelden zij de eerste transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) op de Technische Hochschule (Technische universiteit) in Berlin-Charlottenburg. Hiermee konden zij eerder onbekende microdimensies zichtbaar maken voor het menselijk oog. Zij waren de eersten die de kristalstructuur van een dunne metaallaag konden weergeven en observeren.

Deeltjes in plaats van licht

Bij lichtmicroscopie worden de lichtgolven passief opgevangen en gesplitst via lenzen. Dit optische effect resulteert in een vergroting. Met de TEM, die een elektronenbron gebruikt, werkt het anders: de elektronen worden actief versneld en als een gerichte straal naar het object geleid dat geobserveerd moet worden. Er vindt interactie plaats tussen de deeltjes en het geobserveerde object. Microscoopbeelden worden gecreëerd door evaluatie van hun paden na contact. Aangezien de golflengte van de kleine deeltjes in het bereik van een paar picometer valt, kan elektronenmicroscopie op gedifferentieerde wijze structuren zichtbaar maken in het nanometerbereik.

Met de TEM kunnen de elektronen die het object zijn binnengedrongen worden geëvalueerd. Dit werkt echter alleen met zeer dunne lagen; er is vaak een complexe voorbereiding van de monsters nodig. Dit is overbodig met de rasterelektronenmicroscoop (SEM). Zijn elektronenstraal kan ook driedimensionale objecten in een roosterpatroon scannen. Een deel van de elektronen wordt gereflecteerd, terwijl andere elektronen worden uitgezonden door het object. Het apparaat ‘vangt' deze deeltjes op en vormt er een beeld van. Dit is bijvoorbeeld hoe beelden van kleine wezens worden gegenereerd, die ons bij enorme vergroting vaak doen denken aan fantasiemonsters.

In de TEM werkt de beeldvorming net als in de SEM, maar alleen als de elektronen niet worden afgebogen onderweg van en naar het object. Er mogen zich dus geen luchtmoleculen in het traject bevinden. Daarom heerst er altijd een hoog vacuüm binnenin elektronenmicroscopen, dat wordt geproduceerd door een geschikte vacuümpomp. De Busch groep biedt hiervoor verschillende oplossingen.

De eerste elektronenmicroscoop behaalde een vergroting van 400 keer in 1931. Voor deze doorbraak ontving de mede-uitvinder ervan, Ernst Ruska, de Nobelprijs voor Natuurkunde in 1986, 55 jaar later. Hij bracht de technologie op de markt via Siemens in 1938. In de loop van de ontwikkeling ervan werd de resolutie steeds beter. De huidige apparaten kunnen miljoenen malen vergroten, met een resolutie van de transmissie-elektronenmicroscoop tot 0,08 nanometer. Onder andere molecuulstructuren kunnen tot in detail worden weergegeven.

Met behulp van een elektronenmicroscoop werd het voor het eerst mogelijk om de binnenzijde van een cel in detail weer te geven. Tot op heden blijft het apparaat een cruciale rol spelen in virusonderzoek. Het kan worden gebruikt om hun morfologische configuratie en ruimtelijke structuren te ontcijferen. Hieruit kunnen belangrijke bevindingen worden afgeleid over infectierisico's en verspreidingsmechanismen. In de geneeskunde en biologie is de elektronenmicroscoop met name om deze reden een onmisbaar instrument. Materiaalonderzoek is ook een belangrijk toepassingsgebied.


Abonneer u op de "World of Vacuum"-nieuwsbrief!
Abonneer u nu en blijf up-to-date met het laatste fascinerende nieuws op het gebied van vacuüm.

ABONNEREN