Skip to content

Mikroskop: Přístroj, bez kterého se věda neobejde!

Lidské oko je skvělý orgán na vnímání světa kolem nás. Ovšem i ono má své meze, evoluce nám dala do vínku to, že některé věci prostě nespatříme. Táž evoluce však člověku darovala mozek, který dokáže neskutečné zázraky.

Aby člověk dohlédl ke hvězdám, vynalezl dalekohled. A aby mohl zkoumat věci nepatrné, pouhým okem neviditelné, na to si stvořil mikroskop. Zdravé lidské oko umí rozlišit ve vzdálenosti pětadvaceti centimetrů od oka dva body, vzdálené od sebe čtvrtinu milimetru. Menší objekty jsou už pod naši rozlišovací schopnost. Je jasné, že první drobnohledy nebyly nijak složité. Podle některých zdrojů první drobnohled sestavil v roce 1590 v Holandsku Zacharias Jansen. V roce 1610 se na základě Jansenovy konstrukce stejným problémem zabýval i proslulý Galileo Galilei. Jeden z jednoduchých mikroskopů sestavil v roce 1676 holandský obchodník a vědec Anton van Leeuwenhoek, jehož práce patřily k vrcholům mikroskopického pozorování 17. století. Významné bylo dílo Roberta Hooka Micrographia, v němž popsal v roce 1665 konstrukci mikroskopu s odděleným objektivem, okulárem a osvětlovacím zařízením. Jako první zahájila výrobu mikroskopů firma Carl Zeiss v roce 1847.

Mikroskop je pomocníkem především v přírodovědných a technických oborech.

Elektronový mikroskop je vlastně obdobou optického mikroskopu, kde jsou fotony nahrazeny elektrony a optické čočky elektromagnetickými čočkami, což je v podstatě vhodně tvarované magnetické pole. Jeho vynálezcem byl německý vědec Ernst Ruska.

Na jakém principu elektronová mikroskopie vlastně pracuje? Místo světelných paprsků jsou zde využity svazy urychlených elektronů. Vlnová délka tohoto svazku je přitom výrazně nižší než vlnová délka klasického světla. Zdrojem proudu elektronů je kovová katoda, která po rozžhavení vysílá elektrony urychlované elektrickým polem o napětí 50 – 200kV. Zrychlený, usměrněný proud elektronů „proběhne“ vakuem (vzduch by ho pochopitelně brzdil) a vzorkem, který chce badatel zkoumat. Vzorek je samozřejmě tvořen molekulami a atomy, a část elektronů ze svazku se od něj odrazí. Magnetová čočka je pak znovu soustředí k sobě a tím se vytvoří cosi na způsob stínového obrazu. K jeho zviditelnění se u zdokonalených typů elektronových mikroskopů využívá stejného principu, na jehož základě vzniká obraz na monitoru počítače.

Elektronový mikroskop našel využití v mnoha oborech lidské činnosti. V automobilovém průmyslu se využívá například při zkoumání kvality karoserií. Ale nejen tam. Velice vhodný je při testech přísad do paliv a maziv. Zde se skutečně jedná o každou molekulu a zkoumání různých vrstev by bez pomoci elektronového mikroskopu nebylo možné.

Aby bylo mazivo opravdu funkční, je nutné, aby se pomocí přísady vytvořil jakýsi tenký koberec, ke kterému se uhlovodíkové mazivo pevně naváže. Tato vrstva se na svém místě udrží i v případě, že vrstva oleje se setře a její „tloušťka“ se měří právě elektronovým mikroskopem.

Co jiného lze zjistit pomocí drobnohledu na této vrstvě? Třeba to, že ji tvoří molekuly o osmi až patnácti atomů uhlíku. Není to mnoho, ale kupodivu, tato vrstva je velmi odolná. Tyto molekuly pronikají do nepatrných trhlinek na kovovém povrchu. Při použití správné přísady nedochází k chemickému působení látky na kov. To v praxi znamená, že když se po nějaké době vrstva přece jen setře, kov se nijak nezmění a zůstává v původním stavu. Při testech byla vzniklá vrstva změřena pomocnou metodou galvanického nánosu niklu. Na klikový hřídel byla nanesena přísada a poté byl příčně rozřezán a zkoumán elektronovým mikroskopem. Vyvolané fotografii jasně prokázaly existenci ochranné vrstvy.

Elektromagnetická čočka je v podstatě cívka, která vytváří vhodně tvarované magnetické pole.

Člověk je tvor zvídavý a s oblibou zkoumá věci kolem sebe. Elektronová mikroskopie vedla k vytvoření revolučního skenovacího tunelového mikroskopu, který vznikl ve švýcarských laboratořích společnosti IBM. Díky němu lze zkoumat povrch hmoty, jehož rozměr nepřesahuje jeden nanometr. Využití se nabízí samo: nanotechnologie nebo třeba konstrukce polovodičů.

Ostatně, už v roce 1959 vyslovil americký fyzik a pozdější laureát Nobelovy ceny Richard Feynman svou vizi budoucnosti: „Veškeré informace, které člověk pečlivě shromáždil ve všech knihách světa, mohou být zapsány na krychličku o hraně jen asi 0,1 milimetru.“ Tehdy se mu možná leckdo smál, ale v současnosti se jeho slova již tak nereálná nezdají. Nanotechnologie dobývají svět, ovšem nelze zapomínat na to, že bez elektronového mikroskopu by si lidstvo o nanotechnologiích mohlo nechat jen zdát.

Elektronový mikroskop nachází využití i v oblastech, kde by to možná ne každý čekal. Například v kriminalistice. Při výstřelu z pistole na rukou střelce ulpí povýstřelová zplodina. Dříve by ji nebylo možné najít, elektronový mikroskop ji však bezpečně odhalí a s ním i možného pachatele, kterého nezachrání ani to, když si ruce bude poté mýt třeba dvě hodiny. Nebo jiný příklad. Policisté mohou pomocí elektronového mikroskopu zjistit, zda v době nehody reflektory automobilu svítily či nikoliv. Mikroskop totiž odhalí i natavenou částečku skla ve vlákně žárovky.

Bourec morušový pod elektronovým mikroskopem.

Elektronový mikroskop samozřejmě využívají i biologové. Němečtí a švýcarští vědci díky němu zjistili, co pavoukům umožňuje udržet se vzhůru nohama na stropě. Posvítili si mikroskopem na skákavku a objevili, že tento druh pavouka má na sobě ohromné množství miniaturních chloupků, které by udržely i 173násobek její váhy. Z výsledků tohoto výzkumu se mohou vyvinout nové vysoce přilnavé technologie, aniž by bylo nutné použít lepidlo. Nejčerstvějším případem, kdy jim biologům jejich práci elektronový mikroskop pomohl, byl výzkum brouka řádu Cyphochilus, který žije v jihovýchodní Asii. Tento brouk se pyšní nejbělejší bílou barvou na světě. Žije totiž na houbách a proto je pro něj toto zbarvení nejvhodnější. Vědcům dlouho vrtalo hlavou, co tato bělost způsobuje. Rozřešení této záhady neposkytl nikdo jiný než elektronový mikroskop. Krovky brouka tvoří šupinky nahodilé struktury, jež jsou desetkrát tenčí než lidský vlas, tedy pět milióntin milimetru. Tato nepravidelná vnitřní struktura a prostory mezi jednotlivými částicemi, které tvoří šupiny, způsobují, že se světelné vlny rozptylují do všech směrů. Že je to jen výstřelek potřeštěných vědců? Nikoliv. Pokud by se totiž lidem podařilo schopnost brouka napodobit, šlo by třeba vyrábět za nižších nákladů účinnější krycí barvy, jejichž množství by ve srovnání s nynějšími pokrylo dvojnásobnou plochu.

Larva komára.

Současný elektronový mikroskop se svým principem ani příliš neliší od svého dědečka, který vznikl před padesáti lety. Ale každá jeho součástka prodělala bouřlivý vývoj. Zdroj elektronů používá stále častěji autoemisní katodu místo termoemisní. Jejich vývoj však stále trvá. Současný prozařovací elektronový mikroskop se používá především ve dvou dosti rozdílných aplikačních směrech: v materiálovém výzkumu a ve studiu biologických objektů. Elektronovému mikroskopu ještě zdaleka neodzvonilo. V současnosti tento přístroj jednoduše nemá konkurenci při studiu molekulární případně atomární struktury biologických i neživých objektů. A nejen to, řada technologických pracovišť pracuje na jeho zdokonalení. Současně je pravděpodobné, že by mohlo být nalezeno řešení elektronového mikroskopu, vyhovujícího studiu biologických struktur, zejména výrazným snížením energie elektronů. V každém případě není možné považovat vývoj elektronového mikroskopu za ukončený. Je samozřejmě nesnadné odhadnout, jak bude elektronový mikroskop v budoucnu vypadat a kdy jeho zdokonalené verze využijí vědci a technologové v praxi. Podle odborníků, kteří se daným problémem zabývají, by však k tomu mělo dojít v řádech roků.

 

Foto: NetDoctor, unr, quora, Hitachi
Právě v prodeji
Sdílej!
Komentáře
Další články z rubriky Věda a technika Zobrazit více …