Электронная микроскопия фото: Электронная микроскопия — метод, виды и особенности

Электронная микроскопия — метод, виды и особенности

Электронная микроскопия – один из методов исследования микроструктуры твердых тел, их электрических и магнитных полей, локального состава с применением совокупности электронно-зондовых методов. Данная технология была запатентована в 1931 году Р. Руденбергом, который создал первый в мире электронный микроскоп. Сегодня – это один из наиболее эффективных и передовых методов исследования, который широко используется на предприятиях, в научных, учебных лабораториях.

Метод электронной микроскопии

Данная технология стала основой в создании электронных микроскопов – приборов, в которых для построения изображения используется не световой луч, а поток электронов в вакуумной среде. Роль оптических линз, которые используются в обычных микроскопах, здесь отведена электронному полю. Именно оно и фокусирует электроны. Электромагнитное поле формируется электромагнитными катушками.

Изображение передается на флюоресцирующий экран, где его можно сфотографировать и рассмотреть детально.

К изучаемым объектам предъявляется ряд требований:

1. Необходима предварительная фиксация и обработка. Объекты в процессе работы будут находиться в глубоком вакууме.
2. Маленькая толщина. Поток электронов будет сильно поглощаться объектом. И большую толщину он не «пробьет». В качестве объектов используются срезы, толщиной от 20 до 50 нм. Для удобства работы их размещают на тонкие прозрачные пленки.
3. Равномерность слоя. Перед началом исследования проводится механическая обработка. Она способна обеспечить постоянную толщину образца.

Разрешающая способность у электронных микроскопов значительно выше, чем у оптических. Величина 0,15 нм (15 А) позволяет получать увеличение в миллионы раз, что идеально подходит для изучения микроскопических объектов.

Основные особенности

Суть метода электронной микроскопии в том, что через исследуемый образец подается электронный пучок разной энергии. Под воздействием электромагнитного поля он фокусируется на поверхности в виде пятна, в диаметре не превышающего 5 нм.

Это пятно и выполняет «изучение» объекта. Соприкасаясь с поверхностью, электронный пучок частично проникает в нее, вытесняя не только электроны, но и фотоны. Они попадают на лучевую трубку, где и из них и формируется изображение.

В сравнении со световыми (оптическими) микроскопами, электронные обладают преимуществами:

1. Можно получать очень большое увеличение (вплоть до 300000) с сохранением высокого разрешения, вплоть до атомов. Такой результат достигается при прямом наблюдении объекта. То есть не требуется дополнительных увеличений.
2. Позволяют изучать химический состав образца по точкам. Используется спектральный анализ рентгеновского излучения, которое возбуждается электромагнитным потоком.
3. Пользователь получает прямую электронно-оптическую информацию об исследуемом объекте. При необходимости ее можно будет дополнить сопутствующими данными, основываясь на электронной дифракции электронов с веществом. Как пример: при помощи дифракционного контраста изображений определяются кристаллографические показатели.
4. Обеспечивает возможность дополнительного воздействия на объект в ходе исследования. Его можно нагревать, облучать, деформировать, намагничивать. Наблюдение за процессами будет динамическим. Есть возможность фото- и видеофиксации происходящего. Качество изображения будет достаточно высоким.
5. Есть возможность наблюдать за рельефом поверхности, анализируя катодолюминесценцию. Такую возможность предоставляет электронная растровая разновидность микроскопии.

Виды электронной микроскопии

Выделяют 2 основных вида электронной микроскопии:

1. Просвечивающая или трансмиссионная – ПЭМ.
2. Сканирующая или растровая – СЭМ.

Просвечивающая электронная микроскопия

В микроскопах, работающих по этой технологии на объект, воздействует пучок ускоренных электронов, обладающих энергией от 50 до 200 кэВ. Те электроны, которые образец не пропустит, будут отклоняться на небольшой угол. И они, и те, которые пройдут через исследуемый объект с незначительными энергетическими потерями, попадают на магнитные линзы. В результате на фотопленке или люминесцентном экране формируется изображение внутренней структуры. Хорошие результаты дает при исследовании ультратонких образцов – менее 0,1 мкм в толщину.

При работе с ПЭМ одна из наиболее важных задач – различать природу контрастов:

• Абсорбционный. Результат неупругого рассеивания электронов, которые проходят через образец. Более плотные элементы будет выделяться темным на общем белом фоне. Если состав образца однородный, контрастировать будут участки разной толщины. Применяется при исследовании микрочастиц на аморфной пленке.
• Дифракционный. Формируется при упругом рассеивании электронов, которые проходят через исследуемый образец на неподвижных и стандартно размещенных атомах кристаллической решетки. Подходит для определения кристаллической структуры и размеров решетки.
• Амплитудный. Контраст такого типа образуется в результате выделения одного конкретного рефлекса из общей дифракционной картины. Его изображение передается на оптическую ось. При этом прямой пучок окажется на экране светлым, а тот, который отклонился (дифрагированный) – темным. Неоднородности укажут на дефекты кристаллической решетки. Применяется такой метод исследования для определения несовершенства кристаллической решетки, ее природы и свойств.
• Фазовый. Образуется при многопучковой электронной дифракции как результат уменьшения или увеличения амплитуды волн с разным сдвигом по фазе. Позволяет определять ориентацию кристаллических решеток разных фаз образца, дефекты решеток.

Одна из разновидностей ПЭМ – просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения (ВРЭМ). Формируется в случае, когда пучок электронов падает параллельно оси кристаллов в условиях фазового контраста. Позволяет диагностировать даже мельчайшие неоднородности кристаллической решетки.

Сканирующая электронная микроскопия

Сканирующей электронной микроскопией (СЭМ) получают изображения поверхности исследуемого образца с высокой разрешающей способностью. Получают трехмерные картинки, которые будут удобными в процессе изучения структуры. Дополнительно можно использовать методики EDX, WDX, чтобы получить информацию о химическом составе околоповерхностных слоев.

В оборудовании сфокусированный электронный пучок средней энергии сканирует образец. Предусмотрено несколько режимов работы:

1. Режим отраженных электронов.
2. Режим вторичных электронов.
3. Режим катодолюминиценции и пр.

Эти методики позволяют не только изучать свойства поверхности, но и получать наглядную информацию о структурах, расположенных на несколько микрон ниже верхнего слоя.

СЭМ может работать только с образами, которые можно погружать в вакуум – твердыми. Жидкие среды предварительно подвергают криозаморозке. Форма и размеры образца ограничиваются только размерами рабочей камеры микроскопа. Эффективность исследования можно повысить путем напыления слоя токопроводящего материала.

Возможности

Технология электронной микроскопии постоянно развивается:

1. совершенствуются способы подготовки образцов;
2. разрабатываются методики для получения более качественной и широкой информации;
3. улучшается электронная оптика;
4. повышается чувствительность методов анализа применением спектрометрических систем;
5. разрабатываются методики компьютерной обработки изображений с целью получения более широкой информации о структуре;
6. тестируются методы компьютеризации, автоматизации путем подключения к микроскопу дополнительной аппаратуры и пр.

Благодаря последним наработкам метод электронной микроскопии используют уже и при работах с влажными образцами, исключая нарушение их структуры и локального состава. Для этого применяется низкотемпературное замещение воды, сверхбыстрое замораживание в среде хладагента, прижим к металлу, который охлаждается жидким азотом и пр.

Существенно возможности метода расширило использование компьютерной техники, в частности математическая обработка электронных изображений. Теперь изображения можно запоминать, корректировать контрастность, добавлять оттенки цветов, выделять микроструктуры, убирать шумы, выделять границы исследуемых участков и пр.

Области применения

Метод электронной микроскопии используют для изучения поверхности объектов, ультратонких срезов тканей, микробов. С его помощью определяют строение жгутиков, вирусов и пр. Оборудование, основанное на этой технологии, широко используется в различных научных и производственных отраслях:

1. Полупроводники, хранение данных. Выполняется анализ дефектов, трехмерная метрология, определяются неисправности, редактируются рабочие схемы.
2. Биология и медицина. Электронные микроскопы применяют в криобиологии, электронной и клеточной томографии, вирусологии, стекловании. С их помощью определяют локализацию белков, анализируют частички, выполняют фармацевтический контроль качества, получают трехмерные изображения тканей.
3. Промышленности. Электронные микроскопы позволяют снимать плоские и трехмерные микрохарактеристики, параметры частиц, проводить динамические эксперименты с материалами, получения изображения высокого разрешения. Они применяются в химической, нефтехимической горнодобывающей отрасли, микротехнологии, судебной медицине и пр.
4. Научно-исследовательские лаборатории. Электронная микроскопия позволяет делать квалификацию материалов, создавать нанопрототипы, исследовать микроструктуры металлов, подбирать материалы и образцы. Микроскопы также применяются для тестирования и снятия характеристик.

Главная задача – подобрать микроскоп, работающий электронным методом под особенности предстоящих работ. В каталоге компании «Sernia Инжиниринг» можно подобрать подходящее оборудование для любой научно-исследовательской и производственной задачи. Приборы поставляются по Москве, Санкт-Петербургу и в другие регионы РФ. Все они имеют сертификаты соответствия, на них действуют гарантии.

Узнать актуальные цены, условия сотрудничества, получить консультации и помощь в выборе можно у менеджеров компании. Свяжитесь с ними по телефону или через онлайн-форму.

А.С.Илюшин, А.П.Орешко. Введение в дифракционный структурный анализ. М.: физический факультет МГУ, 2008

Фото с электронного микроскопа… (23 фото)

Исследователи из Мичиганского университета сделали несколько фото, которые получили при рассмотрении в электронный микроскоп некоторых видов растений и насекомых. Джон Харт, руководитель исследовательской группы говорит, что это попытка обратить внимание на то, что возможно увидеть на сегодняшний момент с помощью нанотехнологий. Ниже представлено несколько фото очень маленьких вещей в нашем мире. Для визуализации масштаба большинство измерений приведено в микронах — один микрон равен одной миллионной метра (человеческий волос составляет примерно 100 микрон).

Долгоносик (его морда чуть более 100 мкм. в ширину) из семейства жуков, которых насчитывается более 70 тысяч видов. Длиной они от 30 до 50 мм.

Изображение листа из черного дерева грецкого ореха, на котором показано сечение среза листа. Выступ в центре составляет чуть более 50 микрон в высоту.

Микроводоросли из океана.

Пыльца подсолнечника, мальвы, лилии, первоцвета. Самая большая из них составляет около 100 микрон в ширину.

Увеличенная в 94 раза когтистая нога взрослого жука.

Увеличенная в 598 раз спинка вши, скелет которой состоит из множества взаимосвязанных пластинок.

Муравей, глаза которого составляют около 300 микрон в ширину.

Глаз большой восковой моли, которая встречается везде, где развито пчеловодство. Ее длина около 40 мм. Эти моли откладывают яйца в ульях медоносных пчел, появившиеся на свет гусеницы питаются пчелиным воском (одна личинка наносит вред сотням пчелиных ячеек).

Отображение в 3D клеток меланомы (злокачественная опухоль), полученных с помощью ионной сканирующей электронной микроскопии.

Изображение нижней поверхности листа.

Изображение моли, вид головы сбоку. Ее глаз составляет около 800 микрон в ширину.

Передние дыхательные отверстия личинок плодовых мух, увеличенные в 1500 раз.

Скелет одной из шести ног шершня, найденного в Грузии. Увеличено в 87 раз.

Увеличенный в 765 раз кончик верхней челюсти взрослого жука.

Изображение нижней поверхности листа. Большая трихома внизу составляет около 50 мкм в ширину у основания.

«Антенна» комара (от основания) покрыта сенсорными щетинками, которые замечают все изменения в окружающей среде. Увеличено в 1504 раз.

При низком увеличении в 58 раз изображение области головы жука. То, что кажется на первый взгляд волосиками, на самом деле является сенсорными органами, которые обеспечивают жука информацией об окружающей его среде, включая изменение температуры и направление ветра.

Сегмент левой антенны комара, увеличенная в 500 раз.

Зерно, расположенное на пыльнике цветка, которое составляет около 40 мкм в ширину.

Тычинка цветка, около 140 микрон в ширину.

Это изображение шистосома — кровяного сосальщика, паразита. Живет в тропических открытых водоёмах, проникает в организм человека через кожу, обитает и спаривается в венозной крови. Шистосомы безвредны до попадания в печень или мочевой пузырь (вызывают рак).

Изображенный клетки рака молочной железы, которое сделано с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Изображение нижней поверхности листа, показывающее различные трихомы (наружные выросты). Считается, что они защищают ткань листа от перегрева, от повреждения насекомыми, а также способствуют уменьшению испарения влаги и выведению солей из тканей листа.

Смотрите другие интересные фотографии в категории «макро«

Поделиться в социальных сетях

Электронно-микроскопические изображения

У нас есть библиотека изображений, записанных с помощью нашего сканирующего и передающего электронного микроскопа. микроскопы. Некоторые из них показаны ниже, а другие в других местах. Эти изображения находятся в всеобщее достояние. Если у вас есть вопросы об изображениях или вам нужны конкретные изображения Свяжитесь с Максом Гинелем.

Цветок гибискуса (август 2021 г.)

Морфи

Поперечный срез пыльника Amorphophallus titanum. Изображение с большим увеличением, показывающее пыльцу внутри локулы (полости, где находится пыльца).

Поперечный срез пыльника Amorphophallus titanum, показывающий локулу (полость, в которой находится пыльца).

Инструмент: FEI XL-30 FEG ESEM

Директор лаборатории электронного микроскопа Макс Гинель стоит рядом с цветком Морфи. в расцвете.

Вирус ВИЧ

Клеточная линия культуры ткани, инфицированная вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ)

частицы ВИЧ имеют диаметр 90-120 нм.

Процесс заражения: (1) вирус прикрепляется к клетке через молекулу CD4 на поверхность клетки. Молекула CD4 на лимфоците действует как рецептор клеточной поверхности. для ВИЧ. (2) слияние оболочки вируса с мембраной клетки-хозяина. (3) нуклеокапсид, содержащие генетический материал, переносятся в цитоплазму путем эндоцитоза. Инструмент: ДЖЕОЛ 1010 ТЕМ.

Посмотреть видео о путях заражения ВИЧ.

Красные кровяные тельца

Эритроциты и лимфоциты человека. Инструмент: FEI XL-30 FEG ESEM

Снег

Свежий снег от 12 декабря 2008 года. Ганновер, Нью-Хэмпшир. Столбчатое зерно с торцевыми крышками. Подробный показ сублимация чешуи.

Свежий снег от 12 декабря 2008 года. Ганновер, Нью-Хэмпшир. Плоские звездные пластины.

Цветок ипомеи

Зерно пыльцы с цветов ипомеи.

Легкое мыши

Изображение тонкого среза бронхиолярного среза с помощью трансмиссионного электронного микроскопа. эпителий легкого (мыши), который состоит из реснитчатых клеток и нереснитчатых клеток. На изображении показаны микротрубочки ресничек в поперечном и косом срезах. В камере вершина — это базальные тельца, которые являются местами закрепления ресничек. Обратите внимание на разницу по размеру и форме между микроворсинками и ресничками. На базальном конце эпителия слой – базальная мембрана. Инструмент: JEOL 1010 TEM

«Макрофаги легких необработанные»

«Макрофаги легких плюс споры Asp»

Сквош

Тыква максимальная. Инструмент: FEI XL-30 FEG ESEM

Последнее обновление

деталей, раскрытых с помощью расширенного SEM

• РЕКЛАМА ФУНКЦИЯ Рекламодатель несет исключительную ответственность за содержание этой статьи

Сканирующие электронные микроскопы (СЭМ) используют сфокусированный пучок электронов для получения изображений объектов, увеличенных до 2 000 000 раз, что позволяет выявить детали и сложность, недоступные с помощью световой микроскопии. Сегодня SEM, которые меньше и проще в использовании, помогают расширить исследования фотоэлектрических покрытий, косметических составов и активности внутри нашего тела на микроскопическом уровне.

Произведено

© Hitachi High-Technologies

Удивительно разнообразные детали поверхности бронхиального эпителия крысы. Длинные волосовидные структуры, известные как реснитчатые клетки, важны для механизмов самоочищения бронхов. Большие круглые выпячивания, известные как бокаловидные клетки, выделяют слизь для сбора пыли, аллергенов и патогенов. Меньшие округлые выпячивания представляют собой щеточные клетки — хемосенсоры, обнаруживающие раздражители. Этот тип визуализации использовался для изучения воздействия малярии и курения на легкие.

техническое примечание

Это изображение было получено при напряжении 10 кВ, среднем значении из трех вариантов ускоряющего напряжения на TM4000. Параметр определяет глубину, на которую электроны проникают в поверхность образца. (модель SEM: TM4000)

© Hitachi High-Technologies

На этом изображении показана поверхность солнечной панели толщиной 50 мкм, на которой выделены пирамидальные структуры, помогающие улавливать свет и уменьшать отражение. Фотоэлектрические исследователи ищут способы оптимизировать текстуру этих поверхностей, поскольку форма, размер и однородность пирамид влияют на оптическое отражение и захват энергии.

Техническое примечание

Ускоряющее напряжение СЭМ определяет, насколько глубоко электроны проникают в образец. Чем выше ускоряющее напряжение, тем глубже проникнут электроны. При более высоких ускоряющих напряжениях ультраструктурная информация из более глубоких слоев может повлиять на представление о морфологии поверхности. Это изображение было получено при относительно низком ускоряющем напряжении 5 кВ. (модель SEM: FlexSEM 1000 II)

© Hitachi High-Technologies

Головка пчелы 2 мм. Медоносные пчелы были предметом интенсивных исследований, поскольку их численность сокращается из-за распространения клещей варроа (9). 0085 Varroa destructor и V. jacobsoni ). Клещ прикрепляется к личинкам улья или телу пчелы и ослабляет личинки или пчелу, высасывая жировые тела. Симптомы включают низкую массу тела и деформированные крылья, оба из которых были изучены с помощью изображений SEM.

Техническое примечание

СЭМ-изображение может достигать более высокого разрешения и увеличения, чем препаровальные микроскопы. Образец на приведенном выше изображении был относительно неизменен, поскольку он был получен в условиях низкого вакуума, что не требует обезвоживания, замораживания или химической фиксации образца, в отличие от других типов РЭМ. Низковакуумная сканирующая электронная микроскопия защищает образцы и упрощает процесс визуализации, что является преимуществом для исследований, включающих повторяющийся фенотипический анализ насекомых, таких как таксономические исследования, количественные генетические исследования и скрининг мутантов. (модель РЭМ: TM4000)

© Hitachi High-Technologies

Так выглядит тональная основа толщиной 20 мкм из индустрии макияжа. Типичный продукт, подобный этому, содержит от 15 до 50 ингредиентов. Наиболее распространенными минералами, используемыми в качестве основы для основы, являются слюда, оксихлорид висмута, диоксид титана и оксид цинка. Сферы здесь, вероятно, представляют собой диоксид кремния, который действует как агент, препятствующий слеживанию, наполнитель, замутнитель и суспендирующий агент. Силикагель также обычно поглощает пот и масло, уменьшает отражение света и улучшает растекаемость.

Техническое примечание

По мере того, как СЭМ становятся все более компактными и простыми в использовании, косметические и медицинские отрасли широко внедряют эту технологию. (модель SEM: TM3030)

© Hitachi High-Technologies

Раковина морского ушка, состоящая из плиток карбоната кальция или мела толщиной 0,5 мкм, склеенных между собой белковым покрытием. Вся структура в 3000 раз более устойчива к разрушению, чем один только кристалл карбоната кальция. Это свойство обусловлено положительным зарядом белкового покрытия, которое связывается с отрицательным зарядом гексагональных плиток из карбоната кальция. Это соединение достаточно слабое, чтобы слои могли слегка раздвигаться, чтобы поглотить энергию удара. Ученые-материаловеды, заинтересованные в биомимикрии, стремятся воспроизвести эту структуру для создания более прочных материалов.

Техническое примечание

СЭМ имеют большую глубину резкости, чем оптические микроскопы, что облегчает ученым уточнение структуры всего образца с высокой шероховатостью поверхности. (модель SEM: FlexSEM 1000 II)

© Hitachi High-Technologies

Сплав, поглощающий водород, увеличенный в 30 000 раз. Сплавы-аккумуляторы водорода представляют собой металлические материалы, способные обратимо поглощать и выделять водород из газовой фазы или электрохимически. Эти сплавы уже используются в электродах, особенно в электромобилях, для повышения производительности и предотвращения использования обычных альтернативных материалов, содержащих токсичный свинец или кадмий, поскольку они могут попасть на свалку.

Техническое примечание

Растущая простота визуализации СЭМ привела к тому, что в последнее время ее использование для контроля качества электронных компонентов расширилось. (модель SEM: FlexSEM 1000 II)

© Hitachi High-Technologies

Изображение участка пейеровой бляшки размером 300 мкм, небольшой массы лимфатической ткани. Эти пятна обнаруживаются в основном по всей подвздошной области тонкой кишки и важны для функции иммунной системы. Они также играют роль в определении того, с какими веществами следует обращаться как с чужеродными для кишечника, хотя этот процесс еще мало изучен.

Техническое примечание

Низковакуумный режим FlexSEM 1000 II позволяет исследовать медицинские образцы, содержащие воду или масло, без предварительной обработки. (модель SEM: FlexSEM 1000 II)

© Hitachi High-Technologies

Изображение участка плесени размером 100 мкм со спорангием, его основным репродуктивным органом. После освобождения, если маленькие круглые споры на изображении приземлятся в оптимальном положении, они вырастут корневыми структурами, известными как гифы, и создадут больше плесени. Эта плесень выросла на хлебе.

Техническое примечание

Исследователи пищевых продуктов, желающие изучить процессы стерилизации, могут сравнить состояние спор и плесени до и после стерилизации. Исследователи и отраслевые эксперты ищут лизис (распад) или наличие живой плесени на продуктах питания или упаковке. (модель SEM: TM3030)

© Hitachi High-Technologies

Тучная клетка, полученная при увеличении в 15 000 раз. Эти клетки представляют собой тип лейкоцитов, обнаруженных в соединительной ткани. Маленькие сферические формы на этом изображении содержат химические медиаторы, в том числе гистамин и гепарин. Они играют ключевую роль в реакциях иммунной системы. Когда тучные клетки активируются во время аллергической реакции или в ответ на травму или воспаление, эти медиаторы высвобождаются в ткани.

Техническое примечание

Это изображение создано с использованием ускоряющего напряжения 10 кВ, аналогично тому, что использовалось для изображения бронхов крысы, но это изображение имеет более чем двукратное увеличение.