یک قانون کلی مخابرات میگه امواج رادیویی در برخورد با موانع چگالی که قطرشان از نصف طول موج رادیویی بیشتر باشه بازتاب شده و از مانع عبور نمی کنند.

بنا بر یک قانون عام در فیزیک کلیه اشیا کوچکتر از طول موج در هر فرکانسی نامرئی می باشند به طور مثال در طول موج یک متر (300 مگا هرتز) هیچ جسم کوچکتر از یک متر قابل مشاهده نمی باشد پس با یک رادار با طول موج 300 مگاهرتزی هرگز قادر به مشاهده اشیا کوچکتر از یک متر نخواهیم بود. این موضوع زمانی مورد توجه خاص قرار گرفت ک با نور مرئی امکان مشاهده اجسام بسیار کوچک ( کوچکتر از طول موج میکرونی ) وجود نداشت و این محدودیت فیزیکی برای میکروسکوپهای نوری به شمار میرفت و نهایتا به ساخت میکروسکوپ الکترونی با طول موج کوچکتر از نور برای الکترونها منجر گردید

آیا تا به حال با نحوه کار میکروسکوپ الکترونی روبشی آشنا شده اید؟ در ویدیوی زیر این مورد شرح داده شده است.

مزایا و معایب میکروسکوپ الکترونی

از زمان اختراع اولین نمونه اولیه در اوایل قرن بیستم، میکروسکوپ الکترونی به ما این امکان را داد که عمیق‌تر از همیشه به دنیای میکرومولکولی نگاه کنیم.

 تصویر لخته خون با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی

با شلیک یک پرتو متمرکز از الکترون ها به یک نمونه (یا یک مقطع نازک در مورد میکروسکوپ الکترونی عبوری یا یک نمونه سه بعدی در مورد میکروسکوپ الکترونی روبشی) در خلاء، ساختارهای بیولوژیکی و شیمیایی را می توان آشکار کرد. با وضوح بیشتر، و تعدادی از تغییرات در تکنیک های اصلی در دهه های اخیر توسعه یافته است.

 چشم مگس

مانند هر تکنیک یا فناوری علمی، این تکنیک نیز بدون معایب نیست، اما مزایای متعددی برای محققی که از آن استفاده می کند، دارد. برخی از این موارد در زیر ذکر شده است.

تصویری از نوتروفیل های انسانی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری 

مزایای میکروسکوپ الکترونی

میکروسکوپ الکترونی چندین مزیت اصلی دارد. این موارد عبارتند از:

•    بزرگنمایی و وضوح بالاتر - از آنجایی که از الکترون ها به جای امواج نور استفاده می شود، می توان از آن برای تجزیه و تحلیل ساختارهایی استفاده کرد که در غیر این صورت قابل مشاهده نیستند. وضوح تصاویر میکروسکوپ الکترونی در محدوده 0.2 نانومتر است که جزئیات آن 1000 برابر بیشتر از میکروسکوپ نوری است.

•    کاربردهای متنوع – میکروسکوپ الکترونی دارای طیف متنوعی از کاربردها در بسیاری از زمینه های مختلف تحقیقاتی از جمله فناوری، صنعت، علوم زیست پزشکی و شیمی است. نمونه هایی از کاربردها عبارتند از بازرسی نیمه هادی، ساخت تراشه کامپیوتری، کنترل و تضمین کیفیت، تجزیه و تحلیل ساختارهای اتمی، و توسعه دارو.

•    تصاویر با کیفیت بالا - با آموزش مناسب، اپراتور میکروسکوپ الکترونی می‌تواند از سیستم برای تولید تصاویر بسیار دقیق از ساختارها استفاده کند که با کیفیت بالا هستند، ساختارهای پیچیده و ظریفی را آشکار می‌کنند که تکنیک‌های دیگر ممکن است برای بازتولید آن مشکل داشته باشند.

معایب میکروسکوپ الکترونی

با این حال، چندین معایب وجود دارد که ممکن است به این معنی باشد که تکنیک‌های دیگر، به‌ویژه میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ با وضوح فوق‌العاده، برای محقق سودمندتر هستند. این موارد عبارتند از:

•    ناتوانی در تجزیه و تحلیل نمونه های زنده - از آنجایی که الکترون ها به راحتی توسط مولکول های دیگر در هوا پراکنده می شوند، نمونه ها باید در خلاء تجزیه و تحلیل شوند. این بدان معنی است که نمونه های زنده را نمی توان با این تکنیک مطالعه کرد. این بدان معنی است که برهمکنش های بیولوژیکی را نمی توان به درستی مشاهده کرد، که کاربردهای میکروسکوپ الکترونی را در تحقیقات بیولوژیکی محدود می کند.

•    تصاویر سیاه و سفید - فقط تصاویر سیاه و سفید را می توان با میکروسکوپ الکترونی تولید کرد. تصاویر باید دارای رنگ کاذب باشند.

•    مواد اضافی -اضافات ممکن است در تصویر تولید شده وجود داشته باشند. مواد اضافی از آماده سازی نمونه باقی می مانند و برای جلوگیری از آن به دانش تخصصی تکنیک های آماده سازی نمونه نیاز دارند.

•    هزینه – میکروسکوپ های الکترونی قطعات گران قیمتی از تجهیزات بسیار تخصصی هستند. از آنجایی که اکثر پروژه ها بودجه محدودی دارند، ممکن است استفاده از میکروسکوپ الکترونی در تحقیق مضر باشد. با این حال، هزینه‌های جاری می‌تواند مشابه گزینه‌هایی مانند میکروسکوپ‌های نوری کانفوکال باشد، بنابراین سرمایه‌گذاری در یک میکروسکوپ الکترونی پایه هنوز ارزش بررسی دارد، حتی اگر نگرانی‌های بودجه عامل اصلی در تصمیم‌گیری علیه استفاده از فناوری باشد.

•    اندازه - علیرغم مزایای فناوری در طول سال ها، میکروسکوپ های الکترونی هنوز قطعات بزرگ و حجیمی از تجهیزات هستند که به فضای زیادی در آزمایشگاه نیاز دارند. همچنین، از آنجایی که میکروسکوپ های الکترونی بسیار حساس هستند، میدان های مغناطیسی و ارتعاشات ناشی از سایر تجهیزات آزمایشگاهی ممکن است در عملکرد آنها اختلال ایجاد کند. اگر محققی به دنبال نصب میکروسکوپ الکترونی در آزمایشگاه خود است، باید به این موضوع توجه شود.

•    آموزش - اپراتورهای متخصص باید میکروسکوپ های الکترونی را کار کنند، و آنها می توانند سال ها آموزش ببینند تا به درستی از این فناوری استفاده کنند. 

منابع

• B. J. Inkson (2016). Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) for materials characterization. Materials Characterization Using Nondestructive Evaluation (NDE) Methods, pgs. 17-43.  https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100040-3.00002-X
• The Electron Microscope – Microscopemaster.com, https://www.microscopemaster.com/electron-microscope.html