میکروسکوپهای الکترونی و کاربرد آن ها در علم پزشکی

میکروسکوپهای الکترونی و کاربرد آن ها در علم پزشکی

پيدايش ميكروسكوپ‌هاي الكتروني عبوري (TEM) به صورت تجاري به سال 1940 بازمي‌گردد، اما از سال 1950 به بعد بود كه كاربردهاي گسترده‌اي در بررسي فلزات پيدا نمودند. مهم‌ترين عامل كاهنده در كاربرد TEM مطالعه فلزات در آن سال‌ها به مشكلات تهيه نمونه مربوط مي‌شد اما امروزه با توجه به روش‌هاي گوناگون تهيه نمونه فلزات، اين نوع ميكروسكوپ‌ها جايگاه خاصي را در ميان متخصصين مواد و متالوژي براي خود ايجاد نموده و باعث بروز نقطه عطف بسياري از پژوهش‌ها و تحقيقات گشته، به آن‌ها سرعت فراواني داده‌اند امروزه ميكروسكوپ الكتروني عبوري امكان مطالعه موارد متنوعي در مواد گوناگون نظير ويژگي‌هاي ريزساختاري مواد، صفحات و جهات بلوري، نابجايي‌ها، دوقلويي‌ها، عيوب انباشتگي، رسوب‌ها، آخال‌ها، مكانيزم‌هاي جوانه‌زني، رشدو انجماد، انواع فازها و تحولات فازي، بازيابي و تبلور مجدد، خستگي، شكست، خوردگي و را فراهم آورده‌است در كل قابليت‌هاي امروزي TEM را مي‌توان مرهون چهار پيشرفت زير دانست كه دوتاي آن‌ها در ساختمان دستگاه و دوتاي ديگر در نحوه تهيه نمونه حاصل شده‌اند:

استفاده از چند عدسي جمع‌كننده 

پراش الكتروني سطح انتخابي

نازك‌كردن نمونه‌ها براي تهيه نمونه‌هاي شفاف در برابر الكترون‌ها

تهيه نمونه به روش ماسك‌برداري 

در بررسي مواد، ميكروسكوپ الكتروني عبوري داراي سه مزيت اصلي ذيل است: 

1قابليت دسترسي به بزرگنمايي‌هاي بسيار بالا (حتي بيش از يك ميليون برابر) به دليل به‌كارگيري انرژي بالي الكترون‌ها و در نتيجه طول موج كمتر پرتوها. 

2قابليت مشاهد ساختمان داخلي فلزات و آلياژها به دليل قدرت عبور الكترون‌هاي پر انرژي از نمونه نازك. 

3قابليت بررسي سطوح انتخابي نمونه به دليل وجود حالت بررسي با پراش الكترون‌ها. 

مقايسه TEM با OM 

به طوور كلي ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM) مشابه ميكروسكوپ نوري (OM) است با اين تفاوت كه در آن به جاي نور با طول موج حدود 5000 از الكترون‌هايي با طول موج حدود Å05/0 براي روشن كردن نمونه استفاده مي‌شود. اين امر به ميكروسكوپ امكان مي‌دهد كه از نظر تئوري داراي قدرت تفكيك 105 با بهتر از ميكروسكوپ نوري گردد. اما در عمل به علت محدوديت‌هاي مربوط به طراحي عدسي‌ها و روش‌هاي نمونه‌گيري، قدرت تفكيك تنها به Å 2 مي‌رسد كه به نسبتي در حدود 1000 مرتبه از قدرت تفكيك ميكروسكوپ نوري بهتر است. در كارهاي روزمره قدرت تفكيك TEM حدود Å 10 است. قدرت تفكيك زياد ميكروسكوپ عبوري در مقايسه با ميكروسكوپ نوردي امكان كاربرد آن براي بررسي رزساختار فلزات را فراهم مي‌سازد. زيرا امكان مشاهدة اجزاي نمونه تا ابعاد اتمي را ميسر مي‌نمايد. 

اين قدرت تفكيك مسلماً بدون زحمت و صرف وقت قابل دستيابي نيست، اما به‌هر حال در دسترس متالورژيست‌ها قرار دارد. بزرگنمايي زياد نيز براي استفاده كامل از قدرت تفكيك ميكروسكوپ ضروري است. با وجود اين حتي با بزرگنمايي‌هاي حدود 1000 نيز نتايج TEM به مراتب روشن‌تر از نتايج ميكروسكوپ نوري است. پرتوي روشن‌كننده در TEM الكترون و در OM، امواج نوري مركب است. يك عدسي الكتروني ساده قادر است بزرگنمايي را حدود 50 تا 200 برابر افزايش دهد. 

اجزاي ميكروسكوپ الكتروني عبوري TEM Parts 

در شكل اجزاي اصلي يك ميكروسكوپ الكتروني عبوري نشان داده شده‌است. اين طرح بنا به مورد كاربرد، به منظور به‌كارگيري انواع اثرات متقابل الكترون و نمونه اصلاح يا ترميم‌شده و به تجهيزات كمكي و ويژه مجهز مي‌گردد. همان‌طور كه مشاهده مي‌شود از اجزاي اصلي يك دستگاه TEM، مي‌توان تفنگ الكتروني، عدسي جمع‌كننده، رديف‌كننده پرتو، نگهدارنده نمونه، عدسي شيئي، عدسي تصويري، سيستم‌هاي ازبين برنده آلودگي، پرده فلورسنت و دوربين عكاسي را برشمرد. كل سيستم در خلاء حداقل 4-10تور قرار دارد تا مسير آزاد طولاني براي الكترون‌ها موجود باشد. در شكل (3) نيز مسير حركت پرتوهاي الكتروني نشان داده شده‌است. 

تفنگ الكتروني Electron Gun

سيستم روشن‌كننده در TEM شامل يك تفنگ الكتروني است كه از يك رشته (فيلامنت) گرم (عمدتاً از جنس تنگستن)متصل به پتاسيم الكتريكي بالا كه با يك محفظه قطبي به نام استوانه و هنلت (Wehnelt ) احاطه مي‌شود، تشكيل شده‌است. پايين‌تر از اين قسمت يك آند متصل به زمين قرار گرفته كه در وسط آن سوراخي براي عبور الكترون‌ها به طرف پايين ستون تعبيه شده‌است. ولتاژهاي شتا‌ب‌دهنده به‌كار رفته در دو گروه عمده قرار مي‌گيرند. ميكروسكوپ‌هاي معمولي از ولتاژهاي 20 تا 120 كيلووات استفاده مي‌نمايند. تعداد ولتاژ انتخاب‌شده در اين فاصله معين بوده و معمولاً با گام‌هاي 20 كيلوولتي است. در گروه ديگري از ميكروسكوپ‌ها (مرسوم به ميكروسكوپ‌هاي ولتاژ بالا) از ولتاژهاي 200 تا 1000 كيلوولت نيز استفاده مي‌شود. 

شايان ذكر است كه تمام انواع ذكرشدهبه‌صورت تجاري در دسترس بوده و قيمت متناسب با ولتاژ شتاب‌دهنده تعيين مي‌گردد. جريان كلي تفنگ الكتروني در حدود 100 است. اما تنها كسري آن موجب تشكيل تصوير نهايي شده و بقيه آن توسط دريچه‌هاي گوناگون ستون ميكروسكوپ جذب مي‌گردد. هنگامي‌كه به بزرگنمايي بالاتري نياز است، از تفنگ الكتروني قوي‌تري استفاده مي‌شود. عدسي Lens در ميكروسكوپ‌هاي الكتروني از عدسي‌هاي خاصي استفاده مي‌شود. عمده اين عدسي‌ها در دو گروه عدسي‌هاي مغناطيسي (سيم‌پيچ مغناطيسي با هسته آهني) و عدسي‌هاي الكترواستاتيكي طبقه‌بندي شده‌اند. عدسي‌هاي نوع دوم داراي مزيت يكنواختي زمينه هستند ولي با اين وجود بيشتر از اعوجاج حوزه الكتريكي در اثر آلودگي تأثير مي‌پذيرند. به همين جهت تاكنون نتوانسته‌اند جاي عدسي‌هاي مغناطيسي را بگيرند

به‌خاطر محدوديت‌هاي موجود در طراحي، عدسي‌هاي ميكروسكوپ TEM روزنه‌هايي به مراتب كوچكتر از روزنه‌هاي عدسي‌هاي شيشه‌اي ميكروسكوپ را تشكيل مي‌دهد. يك عدسي شيئي مغناطيسي نمونه با فاصله كانون و روزنه شيئي داراي نيم‌زاوية پذيرش(Acceptance Half-Angle) در حدود 310×5 راديان است، در حاليكه نيم‌زاوية پذيرش براي يك عدسي شيئينوري خوب حدود راديان مي‌باشد. بازده كم عدسي الكتروني تا حدي توسط عمق نفوذ بيشتر حوزه آن و عمق تمركز بالا جبران مي‌شود

ميكروسكوپهاي الكتروني و كاربرد آنها در علم پزشكي

دانلود تحقیق میکروسکوپهای الکترونی و کاربرد آن ها در علم پزشکی