انبثق المجهر الالكتروني electron microscope من تصميم هندسي عمل في عام 1932 بواسطة الفيزيائي الألماني إرنست روسكا Ernst Ruska (الفائز على جائزة نوبل في الفيزياء Nobel Prize in Physics عام 1986). أظهر روسكا أن الإلكترونات electrons ستتدفق في أنبوب مغلق إذا تم الحفاظ على فراغ لمنع تشتت الإلكترون. المغناطيسات Magnets، وليس العدسات الزجاجية glass lenses، تحدّد التدفق flow على الكائن، حيث الإلكترونات تمتص، تنحرف، أو تنقل تبعا على كثافة density التراكيب داخل الكائن. عند إسقاطها على الشاشة تحتها، تشكل الإلكترونات الصورة النهائية التي تحدد التراكيب. أنتجت الأيام الأولى من المجهر
الإلكتروني صور مجهرية إلكترونية electron micrographs والتي أظهرت أن الخلايا البكتيرية بالفعل خلوية cellular لكن تركيبها مختلف عن الخلايا حقيقية النواة eukaryotic cells (الصور المجهرية الإلكترونية: صور مسجلة على فيلم حساس للإلكترون).
قوة المجهر الإلكتروني هو الطول الموجي wavelength القصير للغاية لحزمة beam الإلكترونات. تقاس عند 0.005 نانومتر (مقارنة إلى 550 نانومتر للضوء المرئي)، ويزيد الطول الموجي القصير بشكل كبير من قوة فصل النظام ويجعل من الممكن تصور visualization الفيروسات والتراكيب الخلوية التفصيلية، يسمى غالبا التركيب الدقيق للخلايا ultrastructure
of cells. الحد العملي لفصل العينات البيولوجية بالمجهر الالكتروني هو حوالي 2 نانومتر، والتي هي ×100 أفضل من قوة فصل المجهر الضوئي light microscope. عيب المجهر الالكتروني هو أن الطريقة اللازمة لتجهيز عينة تقتل الخلايا أو الكائنات الحية.
يستخدم عادة نوعين
من المجاهر الإلكترونية.
1-
المجهر الإلكتروني النافذ transmission electron microscope
(TEM)
يستخدم المجهر الإلكتروني النافذ لمشاهدة وتسجيل التراكيب التفصيلية داخل الخلايا (الشكل 3.17A). يجب أن تقطع شرائح فائقة الرقة من العينة المحضرة لأن حزمة الالكترون يمكن ان تخترق المادة لمسافة قصيرة جدا فقط. بعد تضمين العينة في وسط مثبت بلاستيكي مناسب أو تجميدها، يقطع العلماء العينة إلى شرائح بسكين ماسية diamond knife. بهذه الطريقة، يمكن تقسيم خلية بكتيرية واحدة، مثل رغيف الخبز، إلى مئات من الشرائح الرقيقة.
توضع العديد من الشرائح على شبكة صغيرة وتصبغ بالمعادن الثقيلة heavy metals مثل الرصاص lead والأوزميوم osmium لتوفير التباين. يدخل فني المجهر microscopist بعد ذلك الشبكة في الحجرة الفراغية vacuum chamber في المجهر، ويركز حزمة إلكترون 100،000 فولت على جزء واحد من الشريحة في كل مرة. تشكل الصورة على الشاشة في الأسفل أو يمكن تسجيلها على فيلم. قد تكبر الصورة المجهرية الإلكترونية بقوة كافية للتوصل إلى تكبير نهائي يقترب من 2 مليون×.
2- المجهر الإلكتروني الماسح scanning
electron microscope (SEM)
طور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) في أواخر
ستينيات القرن العشرين لتمكين الباحثين من رؤية أسطح الأجسام في الحالة الطبيعية وبدون تقطيع. توضع العينة specimen في الحجرة الفراغية وتغطى بطبقة رقيقة من الذهب gold. تمسح حزمة الإلكترون بعد ذلك عبر العينة وتطرق زخات سائبة من الالكترونات والتي يتم التقاطها بواسطة كاشف detector. تبني الصورة سطر بسطر، كما هو الحال في جهاز استقبال (الرسيفر) التلفزيون television receiver. الإلكترونات التي تضرب سطح منحدر تنتج عدد أقل من الإلكترونات، وبالتالي تنتج بقعة متباينة أكثر قتامة وتصور ثلاثي الأبعاد. قوة الفصل للمجهر الإلكتروني الماسح التقليدي هي حوالي 10 نانومتر والتكبيرات بالمجهر الإلكتروني الماسح تقتصر على حوالي ×20،000. ومع ذلك، يوفر الجهاز مشاهد حية وغير مشوهة للتفاصيل السطحية للكائن الحي.
أضاف المجهر الالكتروني بقدر هائل لفهمنا لتركيب ووظيفة الأحياء الدقيقة عن طريق السماح لنا باختراق أسرارها المكنونة. مقارنة بين نوعي المجهر الإلكتروني موضحة في الجدول.
جدول: مقارنة بين أنواع المجهر الإلكتروني
|
نوع المجهر
|
الميزة الخاصة
|
مظهر الكائن
|
مدى التكبير
|
الأجسام
الملاحظة
|
|
النافذ Transmission
|
حزمة الكترون
قصيرة الطول الموجي تخترق الشرائح
|
مناطق فاتحة وداكنة متناوبة تبين التراكيب الخلوية الداخلية
|
×100 - ×2000000
|
شرائح فائقة الرقة من الأحياء الدقيقة والمكونات الداخلية
|
|
الماسح Scanning
|
حزمة الكترون
قصيرة الطول الموجي تطرق زخات الكترونية سائبة
|
الأسطح الميكروبية
|
×10 - ×20000
|
أسطح وقوام الأحياء الدقيقة والمكونات الخلوية
|
