3. Устройство электронного микроскопа (25 баллов).

Разрешающая способность оптических микроскопов составляет 0,2 мкм и зависит от длины волн используемых лучей света. Увеличить разрешение в 100 и более раз можно, если вместо световых лучей с длиной волны 350-600 нм применить поток движущихся электронов. Высокая разрешающая способность современных электронных микроскопов (15-10-5А и даже 3 и 1,5 А) позволяет наблюдать и изучать объекты, невидимые в световом микроскопе: вирусы, фаги, микоплазмы, тонкое строение клеток прокариот и эукариот, их макро- и микроструктурные элементы, другие субмикроскопические органеллы.

Электронный микроскоп состоит из нескольких сложных узлов: колонные, в которой находятся осветительная система (электронная пушка и конденсорная линза), камера объекта (предметный столик, объективная, промежуточная и проекционная линзы), экран, фотокамера; вакуумной системы; установки для электропитания, размещенной в металлическом шкафу за колонной; вспомогательных устройств (рис.1). Выпускаются электронные микроскопы нескольких систем и классов. В электронных микроскопах «просвечивающего типа» использована схема светового микроскопа, повернутая окуляром вниз, но все оптические элементы заменены электромагнитными линзами. Они создают электромагнитное поле, управляющее движением потока электронов. Применять стеклянные линзы нельзя, так как стекло непроницаемо для электронов. Источником электронов служит вольфрамовая нить диаметром 0,1 мм, потенциал которой равен 30-100 кВ. Воздух препятствует движению электронов, поэтому внутри микроскопа необходимо поддерживать вакуум.

Вылетающий из электронной пушки поток электронов высокой энергии (60 кВ, длина волны равна 0,05 А) концентрируется конденсорной линзой и направляется на исследуемый объект. Пучок электронов пронизывает объект, рассеивается и фокусируется в электромагнитном преломляющем поле объективной линзы. Получается первое увеличенное действительное изображение объекта, которое можно наблюдать через специальное смотровое стекло. Затем поток электронов попадает в электромагнитное поле проекционной линзы (аналогичной линзе окуляра), которая увеличивает первое изображение и позволяет получить увеличение объекта в 40000-50000 Х. Конечное изображение, увеличенное еще в 5-6 раз, получают на флуоресцирующем экране или на фотопластинке, для чего под экраном монтируют фотокамеру. Общее увеличение может составить 200 000-300 000 и даже 1000000-2000000 Х.

Препараты для электронной микроскопии должны быть прозрачными и прочными. Их готовят на специальных тончайших пленках – подложках из коллодия. Толщина пленок около 1 мкм. Для их получения пользуются 0,5-2%-ным раствором коллодия в амилацетате. Пленки осторожно укладывают на опорную металлическую сетку с очень мелкими ячейками (4-10 ячеек на 1 мм). Приготавливают препарат, тщательно промывают его дистиллированной водой от посторонних примесей (остатков среды, солей), сушат, напыляют металлом (хромом) или контрастируют фосфорно-вольфрамовой кислотой, уранилацетатом, уранилнитратом и др. Для изучения структуры клеток, выявления локализации вирусов после специальной обработки готовят очень тонкие срезы на специальных ультрамикротомах. Следовательно, в электронных микроскопах микроорганизмы исследуют не в живом состоянии, а в виде фиксированных препаратов.

В световом микроскопе при работе с иммерсионной системой глубина фокуса составляет 0,25 мкм. Увеличить глубину фокуса более чем в 100 раз можно с помощью сканирующего электронного микроскопа. Он позволяет получать трехмерные (объемные) снимки поверхностной структуры объективов вместо двумерных (плоских) изображений, которые дают обычно световые и электронные просвечивающие микроскопы. Работа сканирующего микроскопа основана на принципе телевизионной развертки пучка электронов по поверхности исследуемого объекта.

Это позволяет определить его пространственный рельеф. Хотя разрешающая способность сканирующего микроскопа ниже, чем у электронного просвечивающего микроскопа почти на целый порядок, качество изображения выигрывает за счет высокой глубины резкости и объемности изображения (рис. 2).