กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน: การใช้งานและประโยชน์ต่อสุขภาพ

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญของกล้องจุลทรรศน์แบบคลาสสิก ด้วยความช่วยเหลือของอิเล็กตรอนมันสามารถสร้างภาพพื้นผิวหรือภายในของวัตถุได้

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนคืออะไร?

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญของกล้องจุลทรรศน์แบบคลาสสิก ในสมัยก่อนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเรียกอีกอย่างว่าซูเปอร์ไมโครสโคป ทำหน้าที่เป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ซึ่งสามารถขยายวัตถุในรูปแบบภาพได้โดยการใช้คานอิเล็กทรอนิกส์ทำให้สามารถตรวจสอบได้อย่างละเอียดมากขึ้น ความละเอียดที่สูงกว่ามากสามารถทำได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมากกว่าด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงสามารถขยายได้ถึงสองพันเท่าในกรณีที่ดีที่สุด อย่างไรก็ตามหากระยะห่างระหว่างจุดสองจุดน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นแสงดวงตาของมนุษย์จะไม่สามารถแยกความแตกต่างได้อีกต่อไป ในทางกลับกันกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสามารถขยายได้ 1: 1,000,000 สิ่งนี้สามารถนำมาประกอบกับความจริงที่ว่าคลื่นของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนนั้นสั้นกว่าคลื่นของแสงมาก เพื่อกำจัดอากาศที่รบกวน โมเลกุลลำแสงอิเล็กตรอนจะโฟกัสไปที่วัตถุในสุญญากาศด้วยสนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนตัวแรกได้รับการพัฒนาในปีพ. ศ. 1931 โดยวิศวกรไฟฟ้าชาวเยอรมัน Ernst Ruska (1906-1988) และ Max Knoll (1897-1969) อย่างไรก็ตามในขั้นต้นตะแกรงโลหะขนาดเล็กแทนที่จะเป็นวัตถุโปร่งใสของอิเล็กตรอนทำหน้าที่เป็นภาพ Ernst Ruska ยังได้สร้างกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนตัวแรกที่ใช้เพื่อการค้าในปี 1938 ในปี 1986 Ruska ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จาก supermicroscope ในช่วงหลายปีที่ผ่านมากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนได้รับการออกแบบใหม่และการปรับปรุงทางเทคนิคอย่างต่อเนื่องดังนั้นในปัจจุบันจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงวิทยาศาสตร์หากไม่มีกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

รูปร่างประเภทและชนิด

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดพื้นฐานหลัก ได้แก่ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดจะสแกนลำแสงอิเล็กตรอนบาง ๆ ผ่านวัตถุที่เป็นของแข็ง อิเล็กตรอนหรือสัญญาณอื่น ๆ ที่โผล่ออกมาจากวัตถุอีกครั้งหรือมีการกระจัดกระจายย้อนกลับสามารถตรวจจับได้พร้อมกัน กระแสไฟฟ้าที่ตรวจพบจะกำหนดค่าความเข้มของพิกเซลที่ลำแสงอิเล็กตรอนสแกน ตามกฎแล้วข้อมูลที่กำหนดสามารถแสดงบนหน้าจอที่เชื่อมต่อได้ ด้วยวิธีนี้ผู้ใช้สามารถติดตามการสะสมของภาพได้แบบเรียลไทม์ เมื่อทำการสแกนด้วยลำแสงอิเล็กทรอนิกส์กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะถูก จำกัด ไว้ที่พื้นผิวของวัตถุ สำหรับการแสดงภาพเครื่องมือจะนำภาพไปยังหน้าจอเรืองแสง หลังจากถ่ายภาพแล้วสามารถขยายภาพได้สูงสุด 1: 200,000 เมื่อใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านซึ่งกำเนิดโดย Ernst Ruska วัตถุที่จะตรวจสอบซึ่งต้องมีความบางที่เหมาะสมจะถูกฉายรังสีโดยอิเล็กตรอน ความหนาที่เหมาะสมของวัตถุจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ไม่กี่นาโนเมตรไปจนถึงหลายไมโครเมตรซึ่งขึ้นอยู่กับเลขอะตอมของอะตอมของวัสดุวัตถุความละเอียดที่ต้องการและระดับของแรงดันไฟฟ้าที่เร่ง ยิ่งแรงดันไฟฟ้าในการเร่งต่ำและเลขอะตอมสูงเท่าใดวัตถุก็จะยิ่งบางลงเท่านั้น ภาพของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านเกิดขึ้นจากอิเล็กตรอนที่ดูดซับ ชนิดย่อยอื่น ๆ ของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ได้แก่ กล้องจุลทรรศน์ kyroelectron (KEM) ซึ่งใช้ในการศึกษาโครงสร้างโปรตีนที่ซับซ้อนและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแรงดันสูงซึ่งมีอัตราเร่งสูงมาก ใช้ในการถ่ายภาพวัตถุที่กว้างขวาง

โครงสร้างและโหมดการทำงาน

โครงสร้างของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนดูเหมือนจะไม่ค่อยเหมือนกันกับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่อยู่ด้านใน อย่างไรก็ตามมีความคล้ายคลึงกัน ตัวอย่างเช่นปืนอิเล็กตรอนจะอยู่ด้านบน ในกรณีที่ง่ายที่สุดอาจเป็นลวดทังสเตน นี่คือความร้อนและปล่อยอิเล็กตรอน ลำแสงอิเล็กตรอนถูกโฟกัสโดยแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีรูปร่างคล้ายวงแหวน แม่เหล็กไฟฟ้าคล้ายกับเลนส์ในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ตอนนี้ลำแสงอิเล็กตรอนขนาดเล็กสามารถทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากตัวอย่างได้อย่างอิสระ จากนั้นอิเล็กตรอนจะถูกเก็บรวบรวมอีกครั้งโดยเครื่องตรวจจับซึ่งสามารถสร้างภาพได้ หากลำแสงอิเล็กตรอนไม่เคลื่อนที่จะสามารถถ่ายภาพได้เพียงจุดเดียวอย่างไรก็ตามหากเกิดการสแกนพื้นผิวจะเกิดการเปลี่ยนแปลง ลำแสงอิเล็กตรอนถูกเบี่ยงเบนโดยแม่เหล็กไฟฟ้าและนำเส้นไปทีละเส้นเหนือวัตถุที่จะตรวจสอบ การสแกนนี้เปิดใช้งานภาพขยายและความละเอียดสูงของวัตถุ หากผู้ตรวจสอบต้องการเข้าใกล้วัตถุมากยิ่งขึ้นเขาจะต้องลดพื้นที่ที่จะสแกนลำแสงอิเล็กตรอนเท่านั้น ยิ่งพื้นที่การสแกนมีขนาดเล็กวัตถุก็จะแสดงขนาดใหญ่ขึ้น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนตัวแรกที่สร้างขึ้นสามารถขยายวัตถุที่ตรวจสอบได้ 400 เท่า ในยุคปัจจุบันเครื่องมือสามารถขยายวัตถุได้ 500,000 เท่า

ประโยชน์ทางการแพทย์และสุขภาพ

สำหรับสาขาการแพทย์และวิทยาศาสตร์เช่นชีววิทยากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเป็นหนึ่งในสิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญที่สุด ดังนั้นจึงสามารถรับผลการตรวจสอบที่ยอดเยี่ยมได้ด้วยเครื่องมือ สิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งสำหรับการแพทย์คือความจริงที่ว่า ไวรัส ตอนนี้สามารถตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนได้ ไวรัสตัวอย่างเช่นมีขนาดเล็กกว่าหลายเท่า แบคทีเรียดังนั้นจึงไม่สามารถถ่ายภาพโดยละเอียดด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงได้ ภายในเซลล์ไม่สามารถหยั่งรู้รายละเอียดได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง อย่างไรก็ตามสิ่งนี้เปลี่ยนไปด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ปัจจุบันโรคอันตรายเช่น เอดส์ (HIV) หรือ พิษสุนัขบ้า สามารถตรวจสอบได้ดีกว่าด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กทรอนิกส์ อย่างไรก็ตามกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนยังมีข้อเสียบางประการ ตัวอย่างเช่นวัตถุที่ตรวจสอบอาจได้รับผลกระทบจากลำอิเล็กตรอนเนื่องจากความร้อนหรือเนื่องจากอิเล็กตรอนที่เร่งความเร็วชนกับอะตอมที่สมบูรณ์ นอกจากนี้ค่าใช้จ่ายในการได้มาและการบำรุงรักษาของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนนั้นสูงมาก ด้วยเหตุนี้เครื่องมือส่วนใหญ่จึงใช้โดยสถาบันวิจัยหรือผู้ให้บริการเอกชน