Elektronová mikroskopie

Elektronová mikroskopie funguje na úplně jiném principu než klasické mikroskopy, které známe třeba ze školy. Ty využívají k zobrazování objektů světlo, ale kvůli jeho omezené vlnové délce nemohou zobrazit příliš malé objekty. Elektrony mají mnohem kratší vlnovou délku, a proto dokážou zachytit i detaily, které by v klasickém mikroskopu zůstaly neviditelné. Jako kdybyste místo běžného dalekohledu dostali supercitlivý přístroj, který vám umožní vidět jednotlivá zrnka prachu na povrchu Měsíce.

Obrázek 1: Detailní pohled na mikročástice a nanočástice díky milionovému zvětšení elektronovým mikroskopem

Princip elektronového mikroskopu je překvapivě jednoduchý. Elektrony jsou v přístroji urychleny na velmi vysokou rychlost a následně zacíleny na zkoumaný vzorek – a buď se od něj odrážejí, nebo se na něm rozptylují, anebo způsobují uvolňování dalších elektronů, popřípadě vznik rentgenového záření. Všechny tyto reakce přístroj zaznamenává a analyzuje a výsledkem je neuvěřitelně detailní obraz, který vědcům umožňuje pochopit strukturu zkoumaného vzorku.

Existují dva hlavní typy elektronových mikroskopů: transmisní (TEM) a rastrovací neboli skenovací (SEM). Transmisní nechává elektrony procházet vzorkem a tím umožňuje dívat se do jeho vnitřní struktury. Rastrovací mikroskop sleduje elektrony, které se od vzorku odrážejí, a vytváří tak trojrozměrný obraz jeho povrchu. Oba typy mají své výhody a dohromady tvoří silný nástroj, který v rukou vědců odhaluje i ta nejmenší tajemství přírody.

Elektronová mikroskopie nachází uplatnění jak v základním, tak aplikovaném vědeckém výzkumu. Umožňuje například analýzu široce uplatňovaných nanomateriálů nebo polovodičů, které používáme v počítačích, telefonech či solárních panelech. V medicínském výzkumu se pomocí elektronových mikroskopů studují například struktury virů, což je zásadní pro vývoj vakcín.
A dal by se uvést bezpočet dalších příkladů toho, k čemu lze využívat zobrazování pomocí elektronů namísto světla. Dá se říct, že bez této možnosti bychom o mnoha věcech stále věděli jen velmi málo.

Obrázek 2: Využití transmisního elektronového mikroskopu pro odhalování skrytých defektů uvnitř nanočástic

I když to možná vypadá jednoduše, skutečný provoz elektronového mikroskopu nijak jednoduchý není. Příprava vzorku musí být bezchybná, aby nedošlo k jeho deformaci a poškození, a provádí se ve speciálních podmínkách, protože celý zobrazovací proces pak probíhá ve vakuu. (Kdyby v přístroji byl vzduch, elektrony by se s molekulami plynů srážely a obraz by se rozmazával.) S tím jsou samozřejmě spojené vysoké odborné nároky na obsluhu a zároveň značné finanční náklady – nehledě na pořizovací cenu samotného mikroskopu. To všechno dohromady podstatně limituje dostupnost elektronové mikroskopie. 

Za vývojem této technologie stála řada vědců a techniků, mezi něž patřil i český fyzik s francouzskými kořeny Armin Delong. Právě on ve čtyřicátých letech minulého století položil základy pro rozvoj elektronové mikroskopie v tehdejším Československu, dá se bez nadsázky říct, že svými inovacemi pomohl československé vědě stát se součástí světové špičky. Brno, kde pracoval, je dnes rodištěm některých z vůbec nejpokročilejších elektronových mikroskopů na světě a přibližně třetiny všech, které se vyrobí. Delongův odkaz je tedy stále živý a chtěli jsme jej v tomto článku připomenout u příležitosti letošních 100 let od fyzikova narození.

Až příště zavítáte do iQLANDIE, možná už tu bude místo dosavadní makety elektronového mikroskopu zbrusu nový funkční přístroj. Uvidíte pak nejen to, jak vypadá, ale i co všechno dokáže.
Možná právě tady objevíte svět, který je očím neviditelný, ale přesto nesmírně důležitý. Věda totiž umí otevřít okna i do těch nejmenších koutů reality, kam se běžně nepodíváme.