БИОЛОГИЯ Том 1 - руководство по общей биологии - 2004

5. КЛЕТКИ

5.6. Электронная микроскопия

5.6.3. Принцип действия и ограничения электронного микроскопа

Электронные микроскопы появились в 1930-х годах и вошли в повсеместное употребление в 1950-х.

На рис. 5.6 изображен современный трансмиссионный (просвечивающий) электронный микроскоп, а на рис. 5.7 показан путь электронного пучка в этом микроскопе. В трансмиссионном электронном микроскопе электроны, прежде чем сформируется изображение, проходят сквозь образец. Такой электронный микроскоп был сконструирован первым.

Рис. 5.6. Современный трансмиссионный электронный микроскоп.

Рис. 5.7. Траектория пучка электронов в трансмиссионном электронном микроскопе.

Электронный микроскоп перевернут «вверх дном» по сравнению со световым микроскопом. Излучение подается на образец сверху, а изображение формируется внизу. Принцип действия электронного микроскопа в сущности тот же, что и светового микроскопа. Электронный пучок направляется конденсорными линзами на образец, а полученное изображение затем увеличивается с помощью других линз. В табл. 5.3 суммированы некоторые сходства и различия между световым и электронным микроскопами. В верхней части колонны электронного микроскопа находится источник электронов — вольфрамовая нить накала, сходная с той, какая имеется в обычной электрической лампочке. На нее подаётся высокое напряжение (например, 50 000 В), и нить накала излучает поток электронов. Электромагниты фокусируют электронный пучок. Внутри колонны создается глубокий вакуум. Это необходимо для того, чтобы сократить до минимума рассеивание электронов из-за столкновения их с частицами воздуха. Для изучения в электронном микроскопе можно использовать только очень тонкие срезы или частицы, так как более крупными объектами электронный пучок почти полностью поглощается. Части объекта, отличающиеся относительно более высокой плотностью, поглощают электроны и потому на сформировавшемся изображении кажутся более темными. Для окрашивания образца с целью увеличения контраста используют тяжелые металлы, такие как свинец и уран.

Таблица 5.3. Сравнение светового и электронного микроскопов


Трансмиссионный электронный микроскоп

Световой микроскоп

Излучение

Электроны

Свет

Длина волны

-0,005 нм

400-700 нм

Максимальное разрешение на практике

0,5 нм

200 нм

Максимально полезное увеличение

х250 000 (на экране)

х1500

Линзы

Электромагнитные

Стеклянные

Объект

Неживой, обезвоженный, относительно маленький или тонкий

Живой или неживой


Удерживается на маленькой медной сетке в вакууме

Обычно лежит на предметном стекле

Распространенные красители.

Содержат тяжелые металлы, которые отражают электроны

Цветные красители

Изображение

Черно-белое

Обычно цветное

Электроны невидимы для человеческого глаза, поэтому они направляются на флуоресцирующий экран, который воспроизводит видимое (черно-белое) изображение. Чтобы получить фотоснимок, экран убирают и направляют электроны непосредственно на фотопленку. Полученный в электронном микроскопе фотоснимок называется электронной микрофотографией.

Преимущество:

1) высокое разрешение (0,5 нм на практике)

Недостатки:

1) подготовленный к исследованию материал должен быть мертвым, так как в процессе наблюдения он находится в вакууме;

2) трудно быть уверенным, что объект воспроизводит живую клетку во всех ее деталях, поскольку фиксация и окрашивание исследуемого материала могут изменить или повредить ее структуру;

3) дорого стоит и сам электронный микроскоп и его обслуживание;

4) подготовка материала для работы с микроскопом отнимает много времени и требует высокой квалификации персонала;

5) исследуемые образцы под действием пучка электронов постепенно разрушаются. Поэтому, если требуется детальное изучение образца, необходимо его фотографировать.