Kategoriler
Bilim & İnsan

Elektron mikroskobu: Gözümüzden 100 milyon kat güçlü

Elektron mikroskobu nedir ve nasıl çalışır? Şimdiye kadar gördüğünüz en küçük şey nedir? Belki bir saç, bir toplu iğne başı veya toz? Dünyanın en güçlü mikroskobu gözümüzün görebileceğinden 100 milyon kat daha küçük nesneleri gösterebiliyor: Tıpkı bakteriler, virüsler, moleküller veya kristaldeki atomlar gibi. Bir okul laboratuvarındaki sıradan optik mikroskop (ışık temelli mikroskop), nesneleri bu kadar ayrıntılı göstermek için yeterli değildir. Nano boyutların dünyasını görüntülemek için çok daha güçlü bir mikroskop, ışık ışınları yerine elektron demetlerini kullanan elektron mikroskobu gerekir. Elektron mikroskobunun ne olduğuna ve nasıl çalıştığına göz atalım.

Görmek nedir?

Çevremizdeki nesneleri görebiliriz çünkü (güneşten veya masaüstü lambası gibi başka bir ışık kaynağından gelen) ışık ışınları onları gözümüze yansıtır. Kimse ışığın neye benzediğini bilmiyor ancak bilim adamları ışığın bir çeşit bölünmüş kişiliğe sahip olduğuna hem fikir. Buna dalga-parçacık ikiliği diyorlar ve temel fikir aslında oldukça basittir.

Işık bazen dalga ve bazense sabit bir parçacık gibi hareket eder. Parçacık olması, mikroskobik gülle bombardımanını mümkün kılan özelliktir. Şu an bu kelimeleri ekranınızdan okuyabiliyorsunuz çünkü ışık parçacıkları ekrandan gözünüze akıp duruyor. Bu ayrı ayrı ışık parçacıklarına foton deniyor: Her biri elektromanyetik enerji taşıyan küçük parçacıklardır.

İLGİLİ:  LiFi nedir? Geleceğin interneti sokak lambalarında mı olacak?

Atomlardan çok daha büyük nesnelere bakmak istiyorsanız fotonlarla görmeye çalışmak yeterli olur. Ancak daha küçük şeyleri görmek istiyorsanız fotonlar işe yaramaz hale gelir. Yaptığınız ince oyma mobilyalar ile dünya çapında tanınan usta bir ahşap oymacısı olduğunuzu düşünün. Bu kadar ince ayrıntıları oymak için modelden daha küçük olan keskin ve hassas aletler kullanırsınız. Sahip olduğunuz tek şey balyoz ve kürekse detaylı mobilyalar oymak imkansızdır. Temel kural, kullanılan aracın üzerinde çalışılan nesneden küçük olmasıdır.

Elektronlarla görmek

DNA'nın elektron mikroskobu görüntüsü.
DNA'nın elektron mikroskobu görüntüsü.

Aynısı bilim için de geçerli. Bir mikroskopla görebileceğiniz şeyler içinden geçen ışıkla ilgilidir. Sıradan bir ışık mikroskobu, yaklaşık 400-700 nanometre dalga boyuna sahip ışık fotonlarını kullanır. Bu da ondan yaklaşık 100 kat daha büyük (50.000-100.000 nanometre çapında) insan saçı gibi bir şeyi incelemek için yeterlidir. Ancak 200 nanometre çapında bir bakteriye veya sadece 10 nanometre uzunluğunda bir proteine bakmak isterseniz?

Eğer "ışıktan daha küçük" (fotonların dalga boyundan küçük) şeyleri ince detayıyla görmek isterseniz fotondan da kısa dalga boyuna sahip parçacıklar kullanmak zorundasınız: Başka bir deyişle elektronları. Muhtemelen bildiğiniz gibi elektronlar, atomların dış bölgesinde yer alan yüklü parçacıklardır. (Elektronik devrelerde elektrik taşıyan parçacıklar da onlardır.) Elektron mikroskobunda ışık demetinin yerini elektron akışı alır. Elektronun dalga boyu 1 nanometrenin biraz üzerinde, bu da bize ışığın kendisinden daha küçük şeyleri görmemizi sağlıyor (ışıktaki fotonların dalga boyundan küçüktür).

İLGİLİ:  Atom nasıl keşfedildi? Görünmeyeni görmek

Elektron mikroskobu nasıl çalışıyor?

Polen tanelerinin elektron mikroskobu görüntüsü.
Polen tanelerinin elektron mikroskobu görüntüsü.

Elektron mikroskobunun nasıl çalıştığına ve normal mikroskoptan farkına göz atalım. Daha önce sıradan bir mikroskop kullandıysanız temel fikrin nasıl olduğunu bilirsiniz. Alt kısma yerleştirilen numuneden yansıyan ışık yukarıdaki merceğe girer. Göz merceğinden (oküler) bakmak numunenin 10–200 kat daha büyük görüntüsünü verir. Yani sıradan mikroskobun temelde dört önemli bölümü var:

  • Işık kaynağı.
  • Numune.
  • Numuneyi daha büyük gösteren lensler.
  • Gördüğünüz numuneni büyütülmüş görüntüsü.

Bu dört şey elektron mikroskobunda ise biraz farklıdır:

  • Şimdi ışık kaynağının yerini çok hızlı hareket eden elektron ışını alır.
  • Numune özel olarak hazırlanır ve havanın dışarı pompalandığı bir vakum odasında tutulur (çünkü elektronlar havada fazla uzağa gidemez).
  • Lenslerin yerine, içinden elektron ışınının geçtiği bobin şekilli elektromıknatıslar kullanılır.
  • Sıradan mikroskopta büyütme, cam merceklerin ışık ışınlarını bükmesiyle elde ediliyor. Elektron mikroskobunda büyütme bobinlerin elektron ışınlarını bükmesiyle sağlanır.
  • Görüntü, elektron mikrografı denilen bir fotoğraf ile veya TV ekranında görüntü olarak oluşturulur.
İLGİLİ:  İnsülin direncine genel bir bakış; Belirtiler, tanı, diyet ve ilaçlar

Elektron mikroskobunun temel fikri budur.

Elektron mikroskobunun icadı

19. yüzyılın sonunda fizikçiler, ışık mikroskobunu geliştirmenin tek yolunun çok daha kısa dalga boyunda radyasyon (ışık ışını) kullanmak olduğunu fark ettiler. J.J. Thompson 1897'de elektronu keşfetti; diğerleri ise onun dalga benzeri özelliklerini ortaya çıkardı. Louis deBroglie 1924'te havasız ortamda (vakum) hareket eden elektronların çok kısa dalga boyuna sahip radyasyon şeklinde davrandığını gösterdi. Ancak elektronların bu dalga benzeri özelliklerini kullanarak ilk elektron mikroskobunu üreten kişi Ernst Ruska oldu. Böylece ışık mikroskobu kat ve kat geliştirildi.

Epeyce farklı tipte elektron mikroskobu bulunuyor ve hepsi farklı şekilde çalışıyor. En bilinen üç türe, transmisyon elektron mikroskobu (TEM), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve taramalı tünelleme mikroskobu (STM) denir (ayrıca TEM ve SEM'in birleşimi olan STEM bulunuyor).

  • TEM: Görüntüyü 50 ila ~ 50 milyon kez büyütür; numune düz görünür.
  • SEM: Görüntüyü 5 ila ~ 500.000 kat büyütür; yüzey özellikleri keskin şekilde görüntülenir.
  • STEM: Görüntüyü 5 ila ~ 50 milyon kez büyütür; numune düz görünür.
  • STM: Görüntüyü 500 milyon kez büyütür.