1a. Solut löytyvät suurentamalla mikroskoopin avulla

Elektronimikroskoopit ja atomivoimamikroskooppi

bi_9__shutterstock_96453734_peda.jpgElektronimikroskoopit

Elektronimikroskoopin keksijän kunnian sai Berliinin teknillisen korkeakoulun opiskelija Ernst Ruska (1906-1988). Hän rakensi elektronimikroskoopin prototyypin opinnäytetyönään. Vasta vanhana hänen työnsä arvo tunnustettiin ja hän sai lopulta fysiikan Nobelin palkinnon vuonna 1986.

Elektronimikroskopian kaksi tärkeintä sovellusta ovat läpäisyelektronimikroskooppi TEM (Transmiossion Electron Microscope) ja pyyhkäisyelektronimikroskooppi SEM (Scanning Electron Microscope). Niiden käyttötavoissa on suuri ero. TEM antaa poikkileikkauskuvan näytteestä, ja SEM paljastaa pinnan muodot. Siten TEM on lähempänä valomikroskopian periaatetta.

Nimensä mukaisesti elektronimikroskooppien valonlähteenä ovat elektronit, joilla näytettä pommitetaan. Elektronimikroskoopissa on valomikroskooppia huomattavasti parempi erotuskyky ja syvyysterävyys.

Elektronimikroskoopin toimintaperiaate
Elektronimikroskoopeissa on kuten valomikroskoopissakin valolähde ja linssijärjestelmä. Elektronisuihku ei läpäise edes ilmaa saati sitten lasista linssiä. Niinpä elektronimikroskoopin sisätila on tyhjö ja lasin sijaan linssit on tehty magneeteilla.

TEM –tomografia
Elektronitomografia on tekniikka, jolla kuvataan suhteellisen suuria rakenteita soluelimistä kudosnäytteisiin. Esimerkiksi urheiluvammoista voidaan kuvata jänne- ja lihasvaurioita. Kuvattavat rakenteet ovat kooltaan 100 – 500 nm (nanometriä) ja menetelmän erotuskyky 4 – 20 nm. Vaikka tomografia onkin erinomainen keino kolmiulotteisten kuvien luomiseen, se on erittäin vaikea menetelmä. Nykyisin kuvia otetaan asteen askelin noin sata kappaletta ja tähän kuluu aikaa kahdesta neljään tuntia, kuvankäsittelyineen kokonainen päivä. Läpäisyelektronimikroskooppikuvia käytetään pääasiassa pienten solujen tai kudos- sekä suurten solujen leikkeiden poikkileikkausrakenteiden selvittämiseen.

SEM-kuvantaminen
Pyyhkäisyelektronimikroskooppi eli SEM tuottaa kuvia, joissa näytteen pinnanmuodot näkyvät kymmenen nanometrin (10 nm = 10-8m) tarkkuudella. SEM-kuvat ovat tarkkoja koko kuvausalueelta. 3D–maailmaan tottuneille SEM-kuvia on helppo ymmärtää. Aitoja kolmiulotteisia kuvia SEM:lla tosin ei saa. Tähän tarvittaisiin kahden eri kulmista otetun kuvan yhdistämistä.
Koska SEM –kuvat kertovat nimenomaan pinnanmuodoista, laitteella etsitään usein syytä näytteelle ominaisiin pintareaktioihin. Niinpä SEM:n tyypillisiin käyttökohteisiin kuuluvat mm. pinnoitustarkastukset, murtumien syiden selvitykset, pintojen mikrobitartuntojen tai ruostevaurioiden tarkastaminen.

Katso kuvia Turun yliopiston eläinmuseon SEM-kuvapalvelusta.

Mutkikasta näytteen valmistusta

Suuri osa elektronimikroskoopin käyttötaidosta liittyy riittävän ohuiden ja tarkkojen näytteiden valmistamiseen. Yleensä näytteet valetaan esimerkiksi muoviin, josta niitä voi sitten erityisen tarkoilla leikkureilla leikellä ohuita viipaleita. Ohut tarkoittaa alle 1 mikrometrin paksuutta ( 1 mikrometri on tuhannesosa millimetristä eli 10-6m). Tällaisten laitteiden parissa työskentelyyn voi opiskella esim. hienomekaanikon tutkinnon ammattioppilaitoksessa.

Katso lisää ihmeellisiä kuvia Oulun yliopiston Mikroskopian ja nanoteknologian keskuksen kuvagalleriasta.


AFM (Atom Force Microscope) eli atomivoimamikroskooppi

Elektronimikroskooppien lisäksi 1980-luvulla kehitettiin atomivoimamikroskooppi AFM (Atomic Force Microscope). Se ei enää perustu näköhavaintoihin vaan näytteen tunnusteluun. Ensimmäinen atomivoimamikroskooppi rakennettiin 1985 asettamalla pieni timanttikärki ohuen kultapalkin päähän. Tällä tutkittiin johtavien aineiden pinnanmuotoja mittaamalla tunnelointivirtoja palkin ja sen yläpuolella olevan toisen kärjen välillä. Laite on kehittynyt nopeasti ja valtaa vähitellen alaa elektronimikroskoopeilta hellävaraisemman tutkimusmenetelmänsä ansiosta. Erotuskyky on vähintään 300 Å:ä.
AFM on varsin monipuolinen mikroskooppi, jota käytetään elektroniikan ja kemian tutkimuksissa, mutta erityisesti biologiassa.

Kuvassa tavallista kopiopaperia atomivoimamikroskoopilla kuvattuna Savonia ammattikorkeakoulussa.

Lähde ja lisätietoja:
Oulun yliopiston mikroskopian ja nanoteknologian keskus http://www.oulu.fi/mnt