När man för runt hundra år sedan började tro sig ha nått mikroskopens höjdpunkt vad gäller hur små saker de egentligen kunde uppfatta, så tog man det bara till en helt ny nivå. I mitten av 1920-talet kom en helt ny typ av mikroskop under vad man kallar mikroskopets moderna historia, patenterad av den tyska forskaren Hans Busch och konstruerad av Ernst Ruska och Max Knoll – elektronmikroskopet.
Grunderna i ett elektronmikroskop
Samma bild, framtagen med ljusmikroskop (vänster) och elektronmikroskop. Elektronmikroskopet möjliggör betydligt tydligare bild.
Det som skiljer ett elektronmikroskop från ett vanligt mikroskop av den gamla typen (även känt som ljusmikroskop) är att det istället för ljus använder sig av elektroner för att projektera det den vill förstora. Det gör det möjligt för mikroskopet att nå många gånger högre upplösning, och de bästa varianterna kan nå upplösning på flera tiotal miljoner. I jämförelse kan ett bra ljusmikroskop ofta nå uppemot 300x eller 400x.
Elektronmikroskopets upplösning är så stark att det kan se material på atomnivån, vilket gjort att det kunnat användas för att studera väldigt avancerad materialfysik, och elektronmikroskopen har stått bakom många av 1900-talets upptäckter på området. Det är däremot mycket kraftfullare än vad de flesta behöver, och ljusmikroskopen har fortfarande sin plats för den som vill studera insekter, bakterier, eller småkryp.
Djupet och detaljerna
En guldfärgad insekt redo för analys i ett elektronmikroskop. Vakumet som krävs för att det ska fungera försvårar tyvärr analysen av biologiska varelser. Bild: Peter Halasz
Den ursprungliga varianten av mikroskop, som patenterades av Hans Busch 1926 och sedan konstruerades av Ernst Ruska och Max Knoll 1931, är transmissionselektronmikroskop (TEM). Den första prototypen nådde endast 400x i förstoring, medan en ny prototyp som byggdes två år senare var det första att gå om ljusmikroskopens rekord.
Grunden i den här typen av mikroskop är en elektronkanon som accelerar en elektronstråle på provet. Eftersom det görs genom en elektromagnetisk kondensorlins går det att få fram en väldigt tunn stråle på så lite som 20 nanometer, vilket gör det möjligt att verkligen penetrera provet. Strålen slås tillbaka från provet och genomgår därefter ett elektromagnetiskt objektiv och en projektionslins som förstorar upp bilden och gör den synlig för observatörerna – och där har man en förstoring som heter duga.
Hur svepelektronmikroskop fungerar
Det första svepelektronmikroskopet, skapat av Manfred von Ardenne 1937. Bild: Alexander von Ardenne
Under 1900-talets gång uppfanns en ny variant av elektronmikroskop, utöver den vanliga varianten TEM. Svepelelektronmikroskopet (SEM) skissades på redan av Ruska, men anses ha uppfunnits på slutet av 1930-talet av Manfred von Ardenne, för att sedan vidareutvecklas och färdigställas i sin nuvarande form på 1960-talet.
Det som skiljer SEM från TEM är användandet av raster vid inscanningen, vilket gör att elektronerna interagerar direkt med atomerna och skickar tillbaka signaler till displayen som sedan framställer en bild, utan att detta framställande görs på någon lägre nivå. Svepelelektronmikroskop möjliggör uppfattningen av inte bara yttopografi, utan även andra egenskaper som sammansättning och ledningsförmåga.
Elektronmikroskopens utveckling och framtid
En snöflinga i förstoring från 93x till 36 000x med hjälp av ett elektronmikroskop.
Medan ljusmikroskopets utveckling är ganska ointressant och främst bestod av finjusteringar i flera århundraden, har utvecklingen av olika slags elektronmikroskop varit otroligt spännande. Det finns fler varianter än dessa två, alla med sina olika specialiteter och unika förmågor, och de fortsätter att utvecklas långt in på 2000-talet.
Medan ljusmikroskopen lät oss ta en första titt i detaljerna på först insekter och sedan bakterier, lät elektronmikroskopen oss äntligen ta en titt in i atomerna, i universums djup – och in i själva kosmos absoluta grunder.