Вопрос 8. 9 минут

Электронный микроскоп: понятие об удобстве,

Увеличении и пределе разрешения.

Применение электронного микроскопа в биологии и медицине

Волновые свойства частиц можно использовать не только для дифракционного структурного анализа, но и для получения увеличенных изображений предмета.

В электронном микроскопе носителем информации о предмете является электрон, а источником электронов – подогреваемый катод 1. Ускорение электронов и образование пучка осуществляется фокусирующим электродом и анодом – системой, называемой электронной пушкой 2. После взаимодействия с предметом (в основном – рассеяние) поток электронов преобразуется и содержит информацию о предмете. Формирование потока электронов происходит под воздействием электрического поля (система электродов и конденсаторов) и магнитного поля (система катушек с током). Эти системы называются электронными линзами: 3-конденсорная, 4-электронная, служащая объективом, 5-проекционная. Изображение регистрируется на чувствительной к электронам фотопластинке или катодолюминесцирующем экране 6.

Найдем предел разрешения электронного микроскопа­­­­­­­­­­­­­­_­­_­­­:

Предел разрешения Z электронного микроскопа зависит от ускоряющего напряжения и можно добиться, чтобы он был значительно меньше, чем у оптического микроскопа.

Пусть U=100кв=100000в, апертурный угол ~10^-2 рад, тогда получим:

Z1A⁰=0,1нм.

Современные электронные микроскопы дают максимальное увеличение в сотни тысяч крат.

где расстояние от предмета до экрана, f₁ и f₂ – фокусные расстояния магнитных линз.

Применение ускоряющего напряжения большего, чем 100кв, хотя и повышает разрешающую способность, но связано с некоторыми сложностями, например, происходит разрушение исследуемого объекта электронами, имеющий большую скорость.

Чтобы исключить столкновение электронов с молекулами воздуха, в системе создается достаточно высокий вакуум, порядка 10^-5 мм рт. ст.

Для рассматривания в электронный микроскоп пригодны лишь очень тонкие срезы, т.к. электроны сильно поглощаются и рассеиваются веществом. Поэтому в некоторых случаях целесообразно сделать оттиск исследуемой поверхности объекта на тонком слое пластмассы. Эту процедуру называют репликацией, а пластмассовую копию поверхности – репликой.

Вопрос 9. 5 минут Волоконная оптика и ее использование в медицинских приборах

Волоконной оптикой называют раздел оптики, в котором рассматривают передачу света и изображения по световодам. Этим же термином иногда называют и сами волоконно-оптические детали и приборы.

Волоконная оптика основана на явлении полного внутреннего отражения. Свет, попадая внутрь прозрачного волокна, окруженного веществом с меньшим показателем преломления, многократно отражается и распространяется вдоль этого волокна.

Так как при полном внутреннем отражении коэффициент отражения сравнительно высок (0,9999), то потери в основном обусловлены поглощением света веществом внутри волокна. Так, например, в видимой области спектра в волокне длиной 1м теряется 30-70% энергии.

Для передачи больших световых потоков и сохранения гибкости светопроводящей системы отдельные волокна собираются в пучки (жгуты) – световоды.

В медицине световоды используют для решения двух задач: передачи световой энергии, главным образом для освещения холодным светом внутренних полостей, и передачи изображения. Для первого случая не имеет значения положение отдельных волокон в световоде, для второго существенно, чтобы расположение волокон на входе и выходе световода было одинаковым.

Потребности медицины стимулировали развитие волоконной оптики.