De elektronen microscoop vertegenwoordigt een belangrijke variant van de klassieke microscoop en kan met behulp van elektronen het oppervlak of de binnenkant van een object in beeld brengen.
Wat is een elektronenmicroscoop?
Vroeger werd de elektronenmicroscoop ook wel genoemd Over microscoop. Het dient als een wetenschappelijk hulpmiddel waarmee objecten visueel kunnen worden vergroot door toepassing van elektronische straling, wat een grondiger onderzoek mogelijk maakt.
Met een elektronenmicroscoop kunnen veel hogere resoluties worden behaald dan met een lichtmicroscoop. In het beste geval kunnen lichtmicroscopen een vergroting van tweeduizend keer bereiken. Als de afstand tussen twee punten kleiner is dan de helft van de lichtgolflengte, kan het menselijk oog ze niet meer afzonderlijk zien.
Een elektronenmicroscoop haalt daarentegen een vergroting van 1: 1.000.000. Dit is terug te voeren op het feit dat de golven van de elektronenmicroscoop aanzienlijk korter zijn dan de lichtgolven. Om storende luchtmoleculen te elimineren, wordt de elektronenbundel door middel van massieve elektrische velden in een vacuüm op het object gefocusseerd.
De eerste elektronenmicroscoop werd in 1931 gemaakt door de Duitse elektrotechnici Ernst Ruska (1906-1988) en Max Knoll (1897-1969). Aanvankelijk werden echter geen elektronentransparante objecten als afbeelding gebruikt, maar kleine roosters van metaal. Ernst Ruska construeerde in 1938 ook de eerste elektronenmicroscoop, die voor commerciële doeleinden werd gebruikt. In 1986 ontving Ruska de Nobelprijs voor natuurkunde voor zijn supermicroscoop.
Door de jaren heen is elektronenmicroscopie continu aan nieuwe ontwerpen en technische verbeteringen onderworpen, waardoor de elektronenmicroscoop tegenwoordig een onmisbaar onderdeel van de wetenschap is geworden.
Vormen, soorten en typen
De belangrijkste basistypen elektronenmicroscopen zijn de rasterelektronenmicroscoop (SEM) en de transmissie-elektronenmicroscoop (TEM). De rasterelektronenmicroscoop scant een dunne elektronenbundel over een massief object. Elektronen of andere signalen die uit het object komen of worden terugverstrooid, kunnen synchroon worden gedetecteerd. De intensiteitswaarde van het beeldpunt dat de elektronenstraal detecteert, wordt bepaald door de gedetecteerde stroom.
In de regel kunnen de bepaalde gegevens worden weergegeven op een aangesloten scherm. Op deze manier kan de gebruiker de structuur van de afbeelding in realtime volgen. Bij het scannen met de elektronische bundels is de elektronenmicroscoop beperkt tot het oppervlak van het object. Voor visualisatie stuurt het instrument de beelden over een fluorescerend scherm. Na het maken van foto's kunnen de foto's vergroot worden tot 1: 200.000.
Bij gebruik van een transmissie-elektronenmicroscoop van Ernst Ruska wordt het te onderzoeken object, dat voldoende dun moet zijn, bestraald door de elektronen. De geschikte dikte van het object varieert tussen enkele nanometers en enkele micrometers, wat afhankelijk is van het atoomnummer van de atomen van het objectmateriaal, de gewenste resolutie en het niveau van de versnellingsspanning. Hoe lager de versnellingsspanning en hoe hoger het atoomnummer, hoe dunner het object moet zijn. Het beeld van de transmissie-elektronenmicroscoop wordt gecreëerd door de geabsorbeerde elektronen.
Andere subtypes van de elektronenmicroscoop zijn de cyro-elektronenmicroscoop (KEM), die wordt gebruikt om complexe eiwitstructuren te onderzoeken, en de hoogspanningselektronenmicroscoop, die een zeer hoog versnellingsbereik heeft. Het wordt gebruikt om grote objecten weer te geven.
Structuur en functionaliteit
De structuur van een elektronenmicroscoop lijkt weinig gemeen te hebben met een lichtmicroscoop. Maar er zijn parallellen. Het elektronenkanon bevindt zich bovenaan. In het eenvoudigste geval kan het een wolfraamdraad zijn. Dit wordt verwarmd en zendt elektronen uit. De elektronenbundel wordt gefocusseerd door elektromagneten die een ringvorm hebben. De elektromagneten zijn vergelijkbaar met de lenzen in de lichtmicroscoop.
De fijne elektronenbundel is nu in staat om zelfstandig elektronen uit het monster te slaan. De elektronen worden vervolgens weer opgevangen door een detector, waaruit een beeld kan worden gegenereerd. Als de elektronenbundel niet beweegt, kan slechts één punt worden afgebeeld. Als een gebied echter wordt gescand, treedt er een verandering op. De elektronenbundel wordt afgebogen door elektromagneten en lijn voor lijn over het te onderzoeken object geleid. Deze scan maakt een vergrote afbeelding met hoge resolutie van het object mogelijk.
Als de onderzoeker dichter bij het object wil komen, hoeft hij alleen het gebied van waaruit de elektronenbundel wordt gescand te verkleinen. Hoe kleiner het scangebied, hoe groter het object wordt weergegeven.
De eerste elektronenmicroscoop die werd geconstrueerd, vergrootte de objecten die het onderzocht 400 keer. Tegenwoordig kunnen de instrumenten een object zelfs 500.000 keer vergroten.
Medische en gezondheidsvoordelen
De elektronenmicroscoop is een van de belangrijkste uitvindingen voor geneeskunde en wetenschappelijke velden zoals biologie. Met het instrument zijn fantastische onderzoeksresultaten te behalen.
Bijzonder belangrijk voor de geneeskunde was dat virussen nu ook met een elektronenmicroscoop konden worden onderzocht. Virussen zijn vele malen kleiner dan bacteriën, waardoor ze met een lichtmicroscoop niet in detail te zien zijn.
De binnenkant van een cel is ook niet precies te onderzoeken met de lichtmicroscoop. Met de elektronenmicroscoop veranderde dit echter. Tegenwoordig kunnen gevaarlijke ziekten zoals aids (hiv) of hondsdolheid veel beter worden onderzocht met elektronische microscopen.
De elektronenmicroscoop heeft echter ook enkele nadelen. De objecten die worden onderzocht, kunnen bijvoorbeeld worden beïnvloed door de elektronenbundel omdat deze opwarmt of de snelle elektronen botsen met hele atomen. Bovendien zijn de aanschaf- en onderhoudskosten van een elektronenmicroscoop erg hoog. Om deze reden worden de instrumenten vooral gebruikt door onderzoeksinstituten of private dienstverleners.
