...
Toinen, mutta tekniikaltaan huomattavasti valomikroskopiaa vaativampi tapa tutkia solua, on elektronimikroskopia. Elektronimikroskopialla saadaan kuvannettua solun sisäisiä rakenteita ja soluelimiä. Elektronimikroskopiaan kuuluviksi liitetään useimmiten myös tunnelointimikroskopia ja atomivoimamikroskopia, jotka eivät kuitenkaan suoraan perustu elektronien aalto-ominaisuuksiin.
...
Molekyylibiologian historiaa
Mikroskopian tieteellinen käyttö kasvoi 1600-luvun loppupuolella, kun Robert Hooke julkaisi ohjeet leikkeiden valmistamisesta. Leikattaessa biologisesta kohteesta läpikuultavan ohut leike, sen rakenteesta saadaan paljon tietoa tutkailtaessa sitä mikroskoopin lävitse.
...
Valomikroskooppi rakentuu joukosta linssejä, joiden avulla valo ohjataan läpi tutkittavan näytteen kollektorin ja kondensorin avulla. Kondensorilla valon kulku säädetään siten, että valokimppu leikkaa tutkittavan kohteen oikeassa kohdassa, jolloin syntyvästä kuvasta saadaan tarkka. Tämän jälkeen valo kerätään ja kuvaa voidaan suurennella ja pienennellä objektiivin ja okulaarin avulla. Kokonaissuurennos on n. 1000on maksimissaan 1500-kertainen.
Valomikroskoopin erotuskyky on parhaimmillaan n. 200 nm. Suurennosta lisäämällä ei kuitenkaan saavuteta parempaa yksityiskohtaisempaa erotuskykyä.
...
Valomikroskopiaa on paria tyyppiä: kirkas- ja pimeäkenttämikroskopia. Kirkaskenttämikroskopia käy parhaiten korkeakontrastisten näytteiden tutkimiseen. Pimeäkenttämikroskopiassa näytettä valaistaan siten, että vain näytteen rajapinnoista tuleva valo pääsee objektiiviin.
Elektronimikroskooppi
Ensimmäisen elektronimikroskoopin rakensi vuonna 1932 saksalainen fyysikko Ernst Ruska yhdessä kansalaiskollega Max Knollin kanssa. Ruska ansaitsi työstään puolet Nobelin fysiikanpalkinnosta (toinen puoli tunnelointimikroskoopin kehittäjille Gerd Binnigille ja Heinrich Rohrerille), tosin vasta vuosien jälkeen ja juuri ennen kuolemaansa vuonna 1986. Suomen ensimmäisen elektronimikroskoopin rakensi Alvar Wilska.
Museoitu kopio Ernst Ruskan vuoden 1933 elektronimikroskoopista.
Elektronimikroskooppi on rakenteeltaan samanlainen mikroskooppipylvääseen koottu linssirakennelma kuin valomikroskooppi. Valon sijasta lähteenä toimii elektronisuihku, joka synnytetään hehkuvasta metallilangasta eli filamentista. Linsseinä käytetään sähkömagneettisia linssejä.
Elektronimikroskoopeilla päästään monimiljoonakertaisiin suurennoksiin ja erotuskyky on parhaimmillaan 0,07 nanometrin luokkaa. Laitteesta on tehty muutamia eri versioita.
TEM, Tampereen teknillisen yliopiston materiaalia.
Läpäisyelektronimikroskoopissa (TEM, Transmission Electron Microscope) tutkittavan kohteen kuva muodostuu fluoresoivalle levylle, kun kohteen läpi ohjataan elektroneja magneettilinssien avulla. Läpäisyelektronimikroskooppikuvia käytetään pääasiallisesti pienten solujen tai kudos- sekä suurten solujen leikkeiden poikkileikkausrakenteiden selvittämiseen.
Pyyhkäisyelektronimikroskoopissa (SEM, Scanning Electron Microscope) kuva muodostetaan näytölle elektroneista, jotka irtoavat tai heijastuvat näytteen pinnasta, kun sitä pyyhitään kapealla elektronisuihkulla. Näin saadaan hyvin yksityiskohtainen kuva näytteen pinnasta. Niinpä SEM:n tyypillisiin käyttökohteisiin kuuluvatkin mm. pinnoitustarkastukset, murtumien syiden selvitykset, pintojen mikrobitartuntojen tai ruostevaurioiden tarkastaminen.
SEM, Tampereen teknillisen yliopiston materiaalia.
Lisäksi on olemassa nämä kaksi tyyppiä yhdistävä tekniikka. Se on yllättäen nimeltään pyyhkäisy-läpivalaisuelektronimikroskooppi. Sillä voidaan skannata ohuen näytteen pintaa elektronisuihkulla ja saadaan näytölle kuva läpimenneiden elektronien avulla.
Alussa sivuttiin tunnelointi- ja atomivoimamikroskopiaa. Nyt hieman tietoa niistä.
Tunnelointimikroskopia
Tunnelointimikroskoopin (STM, Scanning Tunneling Microscope) toiminta perustuu kvanttitunnelointi-ilmiöön. Sillä on mahdollista saada atomitarkkuudella 3D-kuvia kohteen pintarakenteesta. Tunnelointimikroskoopissa on ohut ja terävä neula, jota kuljetetaan näytteen pinnalla, jolloin pinnan ja neulan välille syntyy virtaa, jonka suuruus riippuu asetetusta jännitteestä ja pinnan elektronirakenteesta.
Tunnelointimikroskooppia käytetään mm. puolijohdetutkimuksissa. Laite kehitettiin 1981 ja Gerd Binnig sekä Heinrich Rohrer pokkasivat siitä puolikkaan Nobelin fysiikanpalkinnosta vuonna 1986.
Atomivoimamikroskopia
Ensimmäinen atomivoimamikroskooppi (AFM, Atomic Force Microscope) rakennettiin vuonna 1985. Toiminta perustuu näytteen tunnusteluun. Näytettä tunnustellaan värähtelijään kiinnitetyllä terävällä neulalla, jonka kärki voi olla kooltaan vain muutamia nanometrejä.
Laitteen kehittyminen on ottanut suuria askelia ja se alkaakin ottamaan valtaa pois elektronimikroskoopeilta hellävaraisemman tutkimusmenetelmänsä ansiosta. Erotuskyvyksi annetaan minimissään 300 Å:ä. Vaikka atomivoimamikroskooppia käytetään elektroniikan ja kemian tutkimuksissa, sillä on suurempi asema biologian tutkimuksissa.
Lähteet
Solunetti (Luettu 29.10.2014). http://www.solunetti.fi/fi/
Wikipedia, Mikrobiologia (Luettu 29.10.2014). http://fi.wikipedia.org/wiki/Mikrobiologia
Wikipedia, Mikroskooppi (Luettu 29.10.2014). http://fi.wikipedia.org/wiki/Mikroskooppi
Tampereen Teknillinen Yliopisto, Mikroskopia ja kuvantaminen (Luettu 29.10.2014). http://www.tut.fi/fi/tietoa-yliopistosta/laitokset/materiaalioppi/tutkimus/tutkimuslaitteet/mikroskopia-ja-kuvantaminen/index.htm
Turun Yliopisto (Luettu 30.10.2014). http://www.utu.fi/fi/yksikot/sci/yksikot/fysiikka/laboratoriot/materiaali/materiaalifysiikka/tutkimusmenetelmat/stm/Sivut/home.aspx
Kannonkoski (Luettu 30.10.2014). https://peda.net/kannonkoski/e-opin-oppikirjat/ihminen8/solu/soluja-tutkimaan/e
Savonia AMK (Luettu 30.10.2014). http://portal.savonia.fi/amk/en/node/432