أنواع المجهر الإلكتروني
المجهر الإلكتروني هو تقنية متقدمة تُستخدم للحصول على صور كهرومغناطيسية دقيقة للغاية للعينّات، سواء كانت بيولوجية أو غير بيولوجية. هناك أنواع مختلفة من المجاهر الإلكترونية، نذكر منها:
المجهر الإلكتروني النافذ
يُعرف المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) بأنه جهاز يعمل على توجيه شعاع إلكتروني عالي الجهد يتم إنتاجه من مصدر إشعاعي. يمر هذا الشعاع نحو العيّنة المراد فحصها، مما يؤدي إلى تكوين صورة مكبّرة يمكن رؤيتها من خلال العدسات الموضوعية للجهاز.
يُعتبر المجهر الإلكتروني النافذ من أكثر الأنواع شيوعًا في الاستخدام اليوم، وقد تم تطويره في عام 1931م على يد العالم إرنست روسكا بالتعاون مع ماكس كنول. يتميز هذا النوع من المجاهر بالتشابه الكبير مع المجاهر الضوئية التقليدية.
استخدامات المجهر الإلكتروني النافذ
يُستخدم المجهر الإلكتروني النافذ في مجالات متعددة مثل الطب وعلم الأحياء وعلوم المواد، وكذلك في مجالات الطب الشرعي وعلم المعادن وتكنولوجيا النانو، بالإضافة إلى التطبيقات التعليمية والصناعية. ومن أبرز استخداماته:
- تصوير الأجزاء الداخلية للخلايا.
- تصوير هياكل جزيئات البروتين.
- دراسة تنظيم الجزيئات في الفيروسات والهياكل الخلوية.
- تحليل ترتيب جزيئات البروتين في أغشية الخلايا.
- إنتاج أشباه الموصلات وصناعة الرقائق الإلكترونية.
- تحديد العيوب والكسور في الأجسام صغيرة الحجم.
مزايا وعيوب المجهر الإلكتروني النافذ
يمتاز المجهر الإلكتروني النافذ بقدرته على إنتاج صور ثنائية الأبعاد بالأبيض والأسود بدقة عالية تصل إلى حوالي 2 مليون ضعف، كما أنه سهل الاستخدام ولا يحتاج لفترة طويلة من التدريب. ومع ذلك، لديه بعض العيوب، منها:
- يحتاج المجهر إلى عينات رقيقة جدًا، لا يتجاوز سمك العيّنة الواحدة 100 نانومتر، مما يتطلب استخدام جهاز ميكروتوم لقص العينات.
- يجب أن تكون العينات ثابتة كيميائيًا للحفاظ على بنية الخلايا.
- ضرورة تجفيف العينات تمامًا من السوائل قبل الفحص.
- كبير الحجم ومكلف.
المجهر الإلكتروني الماسح
يُعرف المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) بأنه جهاز ينتج صورًا مكبّرة للعينات من خلال تقنية المسح النقطي، حيث توجه حزمة إلكترونية مركزة عبر منطقة العيّنة، مما يؤدي إلى تحويل جزء من تلك الطاقة إلى أشكال أخرى من الطاقة لإظهار تفاصيل العيّنة. تم تطوير هذا النوع من المجاهر في خمسينيات القرن العشرين على يد الأستاذ الدكتور تشارلز أوتليف مع مجموعة من طلابه.
استخدامات المجهر الإلكتروني الماسح
تعد استخدامات المجهر الإلكتروني الماسح أكثر تنوعًا وشمولية مقارنةً بالمجهر النافذ. وفيما يلي بعض من أبرز هذه الاستخدامات:
- دراسة المواد الكيميائية والفضائية والإلكترونية.
- تحسين الأسلاك النانوية المستخدمة كأجهزة استشعار للغاز.
- مراقبة جودة أشباه الموصلات.
- صناعة الرقائق الدقيقة المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية.
- الأبحاث البيولوجية المتعلقة بالفيروسات والبكتيريا وأنسجة الحيوانات.
- التحقيقات في مجالات الطب الشرعي.
- الدراسات الجيولوجية.
- المساهمات في المجال الطبي لتشخيص الأمراض واختبار اللقاحات.
- الكشف عن العيوب والكسور السطحية.
مزايا وعيوب المجهر الإلكتروني الماسح
يمتاز المجهر الإلكتروني الماسح بإنتاج صور ثلاثية الأبعاد، كما يمكنه تصوير عينات كبيرة الحجم تصل إلى عدة سنتيمترات، بالإضافة إلى القدرة على معالجة العينات الرطبة. لكن لديه بعض العيوب، مثل:
- تكلفته العالية وحجمه الكبير.
- الاحتياج لتدريب مناسب لإعداد العينات المستخدمة.
- يجب استخدامه في بيئة خالية من التداخل الكهربائي أو المغناطيسي أو الاهتزازات.
- رغم دقتها، إلا أن الصور التي ينتجها أقل دقة من تلك الناتجة عن المجهر الإلكتروني النافذ.
أجزاء المجهر الإلكتروني
يتكون المجهر الإلكتروني من عدة أجزاء رئيسية، كل منها له وظيفة محددة، وهذه الأجزاء هي:
- بندقية إلكترونية
تعتبر بندقية إلكترونية جهازًا يُطلق خيوط مادة التنجستون الساخنة التي تقوم بتوليد الإلكترونات.
- عدسات كهرومغناطيسية
يحتوي المجهر الإلكتروني على مجموعة من العدسات الكهرومغناطيسية التي تسهم في تكبير صورة العيّنة، ولكل عدسة منها وظيفة معينة، وهي تشمل:
- عدسة المكثف التي تركز شعاع الإلكترون على العيّنة.
- العدسة الموضوعية، وهي ملفات مغناطيسية قادرة على تشكيل الصورة المكبرة المتوسطة.
- العدسات البصرية، وهي مجموعة عدسات مغناطيسية تُشكل الصورة المكبرة النهائية.
غشاء رقيق جدًا مصنوع من مادة الكربون أو مادة الكولوديون، يتم تثبيته بشبكية معدنية.
- نظام عرض وتسجيل الصور
بعد الحصول على الصورة المكبرة النهائية، تُعرض بواسطة نظام يتكون من شاشة فلورية وكاميرا لتسجيل الصورة.