أنواع المجهر الإلكتروني
المجهر الإلكتروني هو تقنية متقدمة تُستخدم للحصول على صور دقيقة للغاية بواسطة الأشعة الكهرومغناطيسية، ويمكن استخدامه لفحص كل من العينات البيولوجية وغير البيولوجية. هناك عدة أنواع من المجاهر الإلكترونية، منها:
المجهر الإلكتروني النافذ
المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) هو جهاز يعتمد على توجيه شعاع من الإلكترونات ذات الجهد العالي من مصدر إشعاعي إلكتروني. يتم توجيه هذا الشعاع نحو العينة المراد تحليله، مما ينتج عنه انبعاث ضوء يتشكل منه صورة مكبرة للعينة، التي يمكن رؤيتها باستخدام العدسة الموضوعية للمجهر.
يعد المجهر الإلكتروني النافذ من أبرز المجاهر المستخدمة في الوقت الحاضر، حيث تم تطويره بواسطة العالم إرنست روسكا بالتعاون مع العالم ماكس كنول في عام 1931. ويتميز هذا النوع من المجاهر بكونه الأكثر تشابهًا مع المجهر الضوئي التقليدي.
استخدامات المجهر الإلكتروني النافذ
يستخدم المجهر الإلكتروني النافذ في مجموعة متنوعة من المجالات مثل الطب، البيولوجيا، العلوم المواد، وعلم الطب الشرعي، ودراسة الأحجار الكريمة والمعادن، وتكنولوجيا النانو، بالإضافة إلى التطبيقات التعليمية والعلمية والصناعية. ومن بين هذه الاستخدامات:
- تصوير الأجزاء الداخلية للخلايا.
- رصد هياكل جزيئات البروتين.
- فهم تنظيم الجزيئات في الفيروسات والهياكل الخلوية.
- دراسة ترتيب جزيئات البروتين في أغشية الخلايا.
- إنتاج أشباه الموصلات، وتصنيع رقائق الكمبيوتر والسيليكون.
- الكشف عن العيوب والكسور في الأجسام صغيرة الحجم.
إيجابيات وسلبيات المجهر الإلكتروني النافذ
يمتاز المجهر الإلكتروني النافذ بإنتاج صور ثنائية الأبعاد بالأبيض والأسود بدرجة تكبير تصل إلى حوالي 2 مليون مرة، مما يضمن دقة عالية جدًا. كما أنه معروف بسهولة تشغيله وقلة الوقت المطلوب للتدريب عليه. إلا أن له بعض العيوب، مثل:
- يتطلب المجهر الإلكتروني النافذ عينات رقيقة جدًا، بأبعاد لا تتجاوز 100 نانومتر، لكي تتمكن الإلكترونات من النفاذ عبر الأنسجة. ويتم ذلك باستخدام جهاز ميكروتوم أو المشراح، وهو أداة خاصة لقطع الشرايح الدقيقة.
- يجب أن تكون العينات ثابتة كيميائيًا، عن طريق حفظها في محلول كيميائي يحافظ على بنية الخلية.
- يجب تجفيف العينات بالكامل من أي سوائل.
- يمتاز المجهر الإلكتروني النافذ بحجمه الكبير وتكاليفه العالية.
المجهر الإلكتروني الماسح
المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) هو جهاز يُستخدم لإنتاج صور مكبّرة للعينات المختلفة من خلال تقنية المسح النقطي. تقوم هذه التقنية بتوجيه حزمة إلكترونية مركزة على منطقة معينة من العينة، حيث تفقد الحزمة طاقتها وتتحول إلى أشكال أخرى من الطاقة تُظهر تفاصيل العينة المَطلوبة. تم تطوير هذا المجهر في خمسينيات القرن الماضي بواسطة الأستاذ الدكتور تشارلز أوتليف مع طلابه.
استخدامات المجهر الإلكتروني الماسح
يعتمد المجهر الإلكتروني الماسح على نطاق تطبيقات واسعة وشمولية، ومن أهم استخداماته:
- دراسات المواد الكيميائية، الفضاء، والإلكترونية.
- تحسين وتطوير الأسلاك النانوية المستخدمة في أجهزة استشعار الغاز.
- مراقبة جودة أشباه الموصلات.
- تصنيع الرقائق الدقيقة المستخدمة في مختلف الأجهزة الإلكترونية.
- دراسات العلوم البيولوجية مثل الفيروسات والبكتيريا وأنسجة الحيوانات.
- المساهمة في التحقيقات الطب الشرعي.
- الدراسات الجيولوجية.
- تطبيقات طبية، تشمل التعرف على الأمراض واختبار اللقاحات.
- الكشف عن العيوب والكسور السطحية.
إيجابيات وسلبيات المجهر الإلكتروني الماسح
يوفر المجهر الإلكتروني الماسح صورًا ثلاثية الأبعاد ويستخدم لتصوير عيّنات كبيرة قد تصل أحجامها إلى عدة سنتيمترات، ويمكنه معالجة العيّنات المبللة. بالرغم من مزاياه، إلا أنه يحمل بعض العيوب، مثل:
- التكلفة العالية وحجم الجهاز الكبير.
- يتطلب تحضير العيّنات تدريبًا خاصًا.
- يجب تشغيله في بيئة خالية من أي تداخل كهربائي أو مغناطيسي أو اهتزازات.
- على الرغم من دقته، إلا أن صور المجهر الإلكتروني النافذ تظل أكثر دقة.
أجزاء المجهر الإلكتروني
يتكون المجهر الإلكتروني من عدة أجزاء رئيسية، كل منها يضطلع بوظيفة معينة، وهذه الأجزاء تشمل:
- بندقية إلكترونية
تعتبر عبارة عن مسدس يطلق خيوطًا من مادة تينجستون الساخنة لتوليد الإلكترونات.
- العدسات الكهرومغناطيسية
يشمل المجهر الإلكتروني عددًا من العدسات الكهرومغناطيسية التي تساعد في تكبير صورة العينة، حيث لكل منها وظيفة محددة كما يلي:
- عدسة المكثف التي تركّز شعاع الإلكترون على العينة.
- العدسة الموضوعية التي تتكون من ملفات مغناطيسية قادرة على تشكيل الصورة المكبّرة المتوسطة، حيث يمر شعاع الإلكترون بها بعد خروجه من العينة.
- العدسات البصرية، وهي مجموعة من العدسات المغناطيسية التي تكوّن الصورة المكبّرة النهائية.
غشاء رقيق جدًا يتشكل من مادة الكربون أو الكولوديون، ويتم تثبيته بواسطة شبكة معدنية.
- نظام عرض وتسجيل الصور
بعد الحصول على الصورة المكبّرة النهائية، تُعرض من خلال نظام عرض يتألف من شاشة فلورية، مصحوبة بكاميرا لتسجيل الصورة.
