استكشاف عالم المجاهر الإلكترونية: أنواعها، استخداماتها، ومزاياها

الجدول

رحلة في عالم المجاهر الإلكترونية: تنوع التقنيات

تُعدّ المجاهر الإلكترونية أدواتًا أساسية في العديد من المجالات العلمية، بفضل قدرتها على إنتاج صور عالية الدقة لِعينات بيولوجية وغير بيولوجية. تعتمد هذه المجاهر على استخدام حزم من الإلكترونات بدلاً من الضوء المرئي، مما يُمكّنها من تحقيق مستويات تكبير هائلة تفوق قدرات المجاهر الضوئية بكثير. و تُقسم المجاهر الإلكترونية إلى نوعين رئيسيين:

استكشاف التفاصيل الدقيقة: المجهر الإلكتروني النافذ

يُعرف المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) بقدرته على إنتاج صور عالية الدقة للهياكل الداخلية للعينات. يعمل هذا الجهاز عن طريق توجيه حزمة رقيقة من الإلكترونات عالية الطاقة عبر عينة رقيقة جداً. تُكشف العناصر المكونة للعينة عن طريق تفاعلها مع الإلكترونات، مما يُنتج صورة مكبرة تُعرض على شاشة.

أُنجز تطوير هذا الجهاز المذهل عام 1931 على يد العالمين إرنست روسكا وماكس كنول، ويُشبه في مبدأ عمله، إلى حد كبير، المجاهر الضوئية التقليدية.

تطبيقات واسعة النطاق: استخدامات المجهر الإلكتروني النافذ

تُستخدم المجاهر الإلكترونية النافذة في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك:

• تصوير الهياكل الداخلية للخلايا الحية.
• دراسة تركيب البروتينات والجزيئات الحيوية الأخرى.
• تحليل الفيروسات والبكتيريا.
• فحص المواد في علم المواد وهندسة النانو.
• التطبيقات في الطب الشرعي.
• صناعة أشباه الموصلات والرقائق الإلكترونية.

مزايا وعيوب: تقييم المجهر الإلكتروني النافذ

من أهم مميزات المجهر الإلكتروني النافذ قدرته على إنتاج صور عالية الدقة بتكبير يصل إلى مليوني مرة، كما يتميز بسهولة استخدامه. لكن يحتاج إلى عينات رقيقة جداً (أقل من 100 نانومتر)، ويجب أن تكون العينات ثابتة كيميائياً ومجففة تماماً. كما أنه جهاز كبير الحجم ومكلف.

رؤية سطحية متميزة: المجهر الإلكتروني الماسح

يُستخدم المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لإنتاج صور ثلاثية الأبعاد عالية الدقة لسطح العينات. يعمل هذا الجهاز عن طريق مسح سطح العينة بحزمة إلكترونية مركزة، حيث تُكشف المعلومات عن سطح العينة من خلال تفاعل الإلكترونات معها.

تم تطوير هذا النوع من المجاهر في الخمسينيات من القرن الماضي بفضل جهود العالم تشارلز أوتليف وطلابه.

مجالات متعددة: استخدامات المجهر الإلكتروني الماسح

تُعتبر استخدامات المجهر الإلكتروني الماسح أوسع نطاقاً من نظيره النافذ، وتشمل:

• دراسة المواد في مختلف المجالات (كيميائية، فضائية، إلكترونية).
• تحسين وتطوير الأجهزة الحساسة للغازات.
• مراقبة جودة أشباه الموصلات.
• صناعة الرقائق الدقيقة.
• الدراسات البيولوجية (الفيروسات، البكتيريا، الأنسجة).
• التحقيقات في الطب الشرعي.
• الدراسات الجيولوجية.
• التطبيقات الطبية (تشخيص الأمراض، اختبار اللقاحات).

مقارنة المزايا والعيوب: تقييم المجهر الإلكتروني الماسح

من مميزات المجهر الإلكتروني الماسح قدرته على إنتاج صور ثلاثية الأبعاد، وإمكانية فحص عينات كبيرة الحجم، وحتى العينات المبللة. لكن تكلفته عالية، وحجمه كبير، ويحتاج إلى تحضير دقيق للعينات، ويجب استخدامه في بيئة خالية من التداخلات الكهرومغناطيسية والاهتزازات. كما أن دقة صوره أقل من دقة صور المجهر الإلكتروني النافذ.

البنية الداخلية: أجزاء المجهر الإلكتروني

يتكون المجهر الإلكتروني من عدة أجزاء رئيسية:

• مسدس إلكتروني: ينتج حزمة من الإلكترونات.
• عدسات كهرومغناطيسية: تركز وتكبر حزمة الإلكترونات. تشمل عدسة المكثف، والعدسة الشيئية، والعدسات العينية.
• حامل العينة: يحمل العينة المراد فحصها.
• نظام الكشف: يكشف عن الإلكترونات المنتشرة من العينة ويعرضها على شاشة أو يسجلها.