Portrett av et virus under elektronmikroskopet - Høyvakuum gir et presist blikk inn i nanoverdenen

Portrett av et virus under elektronmikroskopet - Høyvakuum gir et presist blikk inn i nanoverdenen

Med elektronmikroskopet kan vitenskapsfolk studere selv de minste strukturer. Det gir for eksempel detaljerte bilder av virus og krystallgitter. Det er alltid høyvakuum inne i elektronmikroskopene.
Electron-microscope-virus-2.jpg

Fremrykk mot nye mikrodimensjoner

Lysets bølgelengde begrenser mulighetene for optisk forstørring. Hvis gjenstanden er mindre enn en halv mikrometer, er den ikke lenger synlig med et konvensjonelt lysmikroskop. Selv om de fleste bakteriene kan identifiseres på denne måten, gjelder ikke det for eksempel de mye mindre virusene. Andre fysiske enheter kreves for å gjøre dem synlige.

Ernst Ruska og Max Knoll brukte elektroner. I 1931 utviklet de det første transmisjonselektronmikroskopet (TEM) ved Technische Hochschule (Teknisk høyskole) i Berlin-Charlottenburg. Dette gjorde dem i stand til å åpne tidligere ukjente mikrodimensjoner for det menneskelige øye. De var de første som kunne avbilde og observere krystallstrukturen i en tynn metallfolie.

Partikler i stedet for lys

I lysmikroskopi blir lysbølgene passivt fanget opp for så å bli delt opp gjennom linsene. Forstørringen er et resultat av denne optiske effekten. Det fungerer helt ulikt med TEM, som bruker en elektronkilde. Elektronene blir aktivt akselerert og styrt som en fokusert stråle på objektet som skal observeres. Det er en interaksjon mellom partiklene og det observerte objektet. Mikroskopbildene dannes ved å evaluere banene deres etter kontakt. Fordi bølgelengden til de små partiklene er innenfor et område på noen få pikometer, kan elektronmikroskopi vise strukturer i nanometerområdet på en differensiert måte.

Med TEM evalueres stråleelektronene som har penetrert objektet. Dette fungerer imidlertid kun med svært tynne lag – prøvene krever ofte kompleks klargjøring, noe som er overflødig med et skanner-elektronmikroskop (SEM). Elektronstrålen kan også skanne tredimensjonale objekter i et rutenettmønster. En del av stråleelektrodene reflekteres, mens andre elektroner frigjøres fra objektet. Anordningen «fanger» disse partiklene og danner bildet utfra dem. Det er slik bilder av for eksempel små skapninger genereres, som ofte minner oss om fantasimonstre når de forstørres enormt mange ganger.

Avbildning i TEM fungerer på samme måte som i SEM, men bare hvis ikke elektronene avbøyes på vei til og fra objektet. Det må ikke komme luftmolekyler i veien. Derfor er det høyvakuum, generert av en egnet vakuumpumpe, i elektronmikroskopene. Busch-gruppen tilbyr ulike løsninger for dette.

Det første elektronmikroskopet oppnådde 400 ganger forstørrelse i 1931. For dette gjennombruddet mottok med-oppfinner Ernst Ruska Nobelprisen i fysikk i 1986, 55 år senere. Han presenterte teknologien for markedet hos Siemens i 1938. Oppløsningen har blitt bedre og bedre gjennom den videre utviklingen. Dagens anordninger kan forstørre millioner av ganger, og oppløsningen til transmisjonselektronmikroskopet har nådd 0,08 nanometer. Blant annet kan molekylstrukturer detaljkartlegges.

Med hjelp av et elektronmikroskop var det mulig å undersøke innsiden av en celle i detalj for første gang. Anordningen fortsetter også i dag å spille en viktig rolle i forskingen på virus. Den kan brukes til å tyde den morfologiske strukturen deres, de romlige strukturene. Utfra dette kan viktige funn om infeksjonsrisiko og spredningsmekanismer utredes. Elektronmikroskopet er et uunnværlig verktøy innenfor medisin og biologi, ikke minst av denne årsaken. Materialforskning er også et viktig bruksområde.


Abonner på nyhetsbrevet ‘World of Vacuum'!
Abonner nå og hold deg oppdatert med de siste fascinerende nyhetene fra vakuumverdenen.

ABONNER