Что такое метод электронной микроскопии

Электронно-микроскопическое исследование – это способ изучения ультраструктур различных объектов при помощи электронного микроскопа. Этот метод позволяет не только изучать структуру тел, но и помогает исследователям разрабатывать новые способы подготовки и фиксации образцов, которые подлежат микроскопии. Ученые продолжают изучать механизмы, благодаря которым формируются электроннооптические изображения, а также разрабатывать новейшие модели оптического оборудования и других корпускулярных микроскопов.

Метод электронной микроскопии используют для изучения микрочастиц аэрозолей, порошков и кристаллов. Перед исследованием их наносят на специальные подложки, которые помещают в электронный микроскоп (ЭМ). С объектов большого размера снимают отпечатки специальной пленкой, изготовленной из коллодия, углерода или формвара. Эти отпечатки исследователи называют репликами, а чтобы они не скользили под микроскопом и лучше оттенялись все неровности рельефа, препарат обрабатывают слоем тяжелого металла. Чаще всего для этих целей используется платина.

Специальные приставки, такие как газовые микрокамеры, предназначены для изучения газообразных веществ, жидкостей и влажных биологических препаратов. Ценным свойством ЭМ является то, что при помощи этой методики можно изучать не только лишь статические объекты, но и динамически изменяющиеся процессы, например, рост и деформацию кристаллов, пленок, ультраструктуры клеток и изменения их морфологического строения под влиянием ионного или электронного облучения.

Не прекращаются процессы разработки количественных методов ЭМ. Они необходимы для точнейшего измерения разнообразных параметров исследуемого объекта или процессов, таких как, например, определение магнитных полей и электрических потенциалов.

Различные типы оптического оборудования дают возможность проводить трансмиссионную или просвечивающую микроскопию и растровую, то есть сканирующую. Это качественно разная электронная микроскопия, принцип первой разновидности исследования основан на том, что объект просвечивают пучком из ускоренных электронов. В процессе их сталкивания с атомами объекта, электроны меняют угол движения и попадают в систему линз. Проходя через них, на экране или фотоплёнке формируется изображение исследуемой структуры.

В растровых микроскопах используется электронный луч, который дополнительно сжимается специальными магнитными линзами до толщины от 1 до 10 нм. Этот зонд сканирует поверхность объекта, после чего формируется рисунок из множества линий. Вторично отраженные электроны преобразуются в видеосигнал, транслирующийся на экране. Важно, чтобы исследуемая поверхность обладала электропроводимостью, поэтому на нее наносят однородный слой металла (золота, платины, палладия). Биологические объекты перед химической обработкой сушат с использованием сжиженного углекислого газа или закиси азота, чтобы сохранить первоначальный вид рельефа поверхности. Это помогает исключить появление шумовых волн на финишном изображении.

Широкое внедрение ЭМ в биологии и медицине дало большой толчок в изучении мельчайших структур клеток и внеклеточных тканевых элементов. Повсеместно используется метод электронной микроскопии для изучения строения митохондрий, рибосом, аппарата Гольджи, ядер и клеточных мембран. При помощи оптической техники можно выявить различные молекулы, такие как ДНК и оценить её строение. Сканирующая ЭМ дает возможность наблюдать не только фиксированные объекты, но и живые подвижные организмы, например, некоторых членистоногих с хитиновым покровом. Биологические препараты готовят в условиях вакуума, обезвоживают спиртосодержащими растворами, а также фиксируют их альдегидами или четырехокисью осмия. Далее их полностью помещают в эпоксидную смолу для пропитки, дают застыть, а потом делают ультратонкие срезы на микротоме. Чтобы улучшить качество изображения, препараты обрабатывают специальными красителями, которые сильно рассеивают электроны, например, гидроокисью свинца или уранилацетатом. Деструктивное воздействие химических веществ уменьшают путем заморозки. После помещения в среду сверхнизких температур, воду вытесняют ацетоном или спиртом. Иногда, чтобы не повредить особо хрупкие образцы, применяют лиофилизацию. Эта методика подразумевает мгновенную заморозку до -150 или -196°C, после чего удаляют лишнюю воду под вакуумом

Подробно изучить строение клеточных мембран можно, если заморозить исследуемый объект, а затем сделать его отпечаток на поверхности платиново-углеродной пленки. Методика негативного контрастирования позволяет исследовать клеточные органеллы и биологические макромолекулы. В результате получаются четкие изображения элекроннопрозрачных объектов, которые очень хорошо видны на темном фоне. Анализ этих фотографий проводят с применением методов, которые основаны на феномене дифракции света. Таким образом, можно изучить строение двухцепочечной молекулы ДНК и выявить отклонения в её структуре. Этот анализ может стать основанием для диагностики врожденных генетических заболеваний.

Просвечивающая электронная микроскопия также носит название высоковольтной ЭМ. Она насквозь пронизывает своими лучами объект исследования и позволяет изучать тела достаточно большой толщины. Кроме этого, можно построить 3-х мерную модель клеток с полным отображением внутренней и внешней структуры. Это дало сильный толчок развитию цитологии и цитохимии и очень изменило прежние представления о строении клеток. Благодаря научному прогрессу и интенсивно развивающейся компьютерной отрасли, труд исследователей значительно облегчился и расширился круг применения электронной микроскопии в диагностических целях.