Органоиды, обнаруженные с помощью электронного микроскопа
Органоиды, или органеллы, – это специальные структуры клетки, которые выполняют жизненно важные для нее функции. Эти структуры подобны органам в человеческом организме, отсюда и взялось их название. Органоидов достаточно много, поэтому перечислим лишь некоторые из них: цитоплазма, митохондрии, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли.
В данной статье мы рассмотрим органоиды, обнаруженные с помощью электронного микроскопа. У самого мощного светового микроскопа разрешающая способность объектива составляет примерно 200 нм. При этом сила разрешения определяется минимальным размером частицы, которую можно разглядеть в микроскоп. Именно поэтому до изобретения электронного микроскопа ряд клеточных органоидов оставался скрытым от глаз исследователей.
Какие органоиды можно увидеть в световой микроскоп? Только самые крупные, если можно так охарактеризовать мельчайшие частицы. Можно разглядеть пластиды и ядро клетки. С появлением электронного микроскопа представления ученых о клетке и ее органоидах существенно изменились, ведь его разрешающая способность достигает значения в 0,1 нм.
Какие органоиды обнаружены с помощью электронного микроскопа
Как выяснилось, у клетки есть и другие немаловажные элементы. В частности, это такие органеллы (постоянные компоненты клетки), как митохондрии и рибосомы, а также части структуры цитоплазмы (аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть). Самыми маленькими из обнаруженных электронным микроскопом органелл клетки считаются рибосомы.
Исследования клеточной структуры, проведенные с использованием электронного микроскопа, наглядно продемонстрировали, что клетку можно считать сложной системой, состоящей из отдельных органоидов, которые невидимы в световой микроскоп.
4glaza.ru
Февраль 2018
Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.
Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.
Электронный микроскоп
В отличие от зондового, о котором я рассказывал ранее, электронный микроскоп имеет куда больше сходств с обычным оптическим.
Как уже я уже говорил: для оптических микроскопов есть так называемый оптический предел – минимальный размер объекта, который можно рассмотреть в такой микроскоп. Существование этого предела связано с дифракцией (огибанием малых объектов) световой волны. Т.е., чтобы рассмотреть очень маленький (меньше 0,2 мкм) объект нужна меньшая длина волны. Для этого в электронном микроскопе применяются не фотоны, а электроны (откуда и название), которыми «освещают» исследуемый образец.
Такой переход не только позволяет обойти оптический предел и рассматривать нанометровые объекты с увеличением вплоть до 1 000 000, но и значительно повысить резкость изображения. Однако по этой же причине пропадает цвет изображения, что мы и видели в посте, с которого все началось.
На этом различия не заканчиваются. Для фокусировки пучка электронов на объекте никак не подойдут обычные оптические линзы, так как с ними электроны попросту провзаимодействуют. Поэтому в электронном микроскопе применяются специальные, магнитные линзы, которые по сути действуют на летящие электроны так же, как обычные линзы на фотоны.
Более того, так как электроны очень активные частицы то всю эту систему линз необходимо еще и вакуумировать, образуя как можно более глубокий вакуум. Как правило в камере поддерживается давление порядка 10-5 Паскаль (7,5*10-9 мм. рт. ст.). Так как постоянно откачивать воздух до такого давления из достаточно большого объема камеры – долгая процедура, то всю систему попросту постоянно держат в вакууме.
Теперь о том, как, собственно, получается изображение в электронном микроскопе.
Когда разогнанные и сфокусированные электроны врезаются в образец они могут по-разному взаимодействовать с ним: отразиться обратно, выбить другие электроны, затормозиться веществом, пролететь насквозь в конце концов (но только, если образец достаточно тонкий).
Каждый тип электронов (отраженные, выбитые, они же вторичные, и прошедшие) регистрируется определенным детектором. В зависимости от выбранного детектора различают электронную микроскопию на отраженных, на вторичных электронах или просвечивающую. Нередко в одном микроскопе сочетаются несколько видов детекторов.
Под управлением умной электронике сфокусированный пучок электронов пробегает образец «построчно» подобно тому, как луч пробегает по экрану в старом ЭЛТ мониторе. Таким образом происходит сканирование образца, а чтобы не путать сканирующий зондовый и электронный микроскопы, последний иногда называют растровым.
А вот так внешне выглядит наш микроскоп:
Тут хорошо видна колонна (белая «бочка» в центре сверху), в которой расположены линзы и электронная пушка.
Вон та длинная ручка служит для загрузки образца внутрь и в нужный момент инженер опускает ее вниз и проталкивает образец внутрь. Извлекается он точно так же.
А вот, собственно, и сам образец, загружаемый в промежуточный шлюз (нужен, чтобы не терять вакуум в основной камере):
Образцы загружаются на специальной подставке-держателе. Они имеют различные форму и предназначение. Некоторые позволяют закрепить образец вертикально (например, если нужно увидеть тонкую пленку на поверхности чего-то с торца), некоторые позволяют загружать сразу несколько различных образцов и т.д.
Вот поближе тот держатель, что загружали на предыдущем снимке:
На него нанесен какой-то порошок. Я не сильно вдавался в подробности о составе и предназначении.
А теперь, собственно, можно перейти к получаемым на электронном микроскопе изображениям.
Небольшая предыстория. Когда только этот микроскоп появился в университете и на нем более-менее научились работать, для пробы фотографировали все, что только могли. Вот, например, фотография моли:
Внизу, на черном поле, есть маркер с меткой размера (белая линия, а рядом надпись, означает 100 мкм). А так же ниже и левее можно увидеть кратность увеличения (в данном случае х43).
А так же тут можно увидеть информацию о напряжении на электронной пушке и режиме получения картинки (5 киловольт, SEI — secondary electron image — картинка получена на вторичных электронах).
Вот еще пара интересных снимков того же образца:
глаз моли, увеличение в 500, 1600 и 19 000 раз:
А вот чешуйки, которыми покрыто все ее тельце:
Есть еще много разных фотографий, если кого заинтересовало, могу скинуть в комментарии, чтобы не загромождать пост.
А на этом мое повествование об электронной микроскопии заканчивается. Меня несколько удивила реакция пикабушников на посты с такой тематикой. Не ожидал, что кому-то вообще это интересно.
Впринципе, у нас в лабораториях еще полно всякого оборудования, о котором я с радостью могу рассказать, что знаю, примерно в том же ключе, что и о микроскопии. Так мне продолжать? (только скажите, что вам интересно будет; учусь на химика, но область интересов лежит на стыке химии и физики, так что различных исследовательских методов и приборов знаю много)
ахренеть, а есть какой нибудь микроскоп чтобы не электронами облучать а какими нибудь *мезонами, чтобы вообще мухе в самую душу заглянуть?
Конечно кидай, очень любопытно.
Правда ли, что американский учёный более 30 лет прятался в подвале с 2500 литрами ЛСД?
Более семи лет по интернету гуляет невероятная история о профессоре химии, который несколько десятков лет тайно жил в лаборатории, спрятанной в подвале жилого дома. При этом у него было много оружия и наркотиков. Мы проверили, было ли такое на самом деле.
В самых ранних найденных нами публикациях за май 2015 года указан один и тот же источник — ныне не функционирующий сайт IFLScience.org , где новость о подвальном учёном-наркомане появилась 17 мая 2015-го. Ниже наш полный перевод оригинального текста.
Супружеская пара из Коттедж-Гроув в штате Миннесота обнаружила человека, живущего в скрытой лаборатории прямо в их подвале. В пятницу, 15 мая 2015 года, после звонка о возможном взломе сотрудники офиса шерифа округа Уоррингтон отправились к дому семьи Морган. Когда офицеры подъехали, они увидели Морганов, стоящих у дороги. «Они подбежали к нам и сказали, что слышали крики мужчины в своём подвале, а затем позвонили в 911», — сказал капитан Брюс Норманс.
По словам полицейских, они услышали мужской крик из подвала, как только вошли в дом Морганов, но когда осторожно спустились туда, то ничего не заметили. Однако затем послышались стуки, эхом доносившиеся из северной стены подвала, где стоял большой шкаф. «Ситуация была очень странная. Мы предположили, что за шкафом мог застрять бродяга, которому нужна помощь», — сказал офицер Джим Кателли в новостях на Channel 6.
Сдвинув этот большой металлический шкаф, сотрудники полиции увидели вход в обширную потайную комнату. Там было много различного научного оборудования, также в комнате находился испуганный пожилой мужчина. Им оказался 83-летний доктор Уинстон Корриган, профессор химии из Миннесотского университета, который без вести пропал осенью 1984 года (то есть он считался пропавшим 31 год. — Прим. ред.) и ранее проживал в этом доме. «Он явно жил там долгое время и перенёс серьёзную психологическую травму, вероятно, потому что какое-то время ни с кем не общался или из-за приёма большого количества наркотиков. Я не знаю, жил ли он там с 80-х годов, но я не сомневаюсь в этом», — поделился сотрудник скорой помощи Лэндон Колер.
В настоящее время доктор Уинстон находится под наблюдением в больнице «Абботт Нортуэстерн» в Миннеаполисе. Позже его отправят в государственное психиатрическое отделение в клинике «Прэри Хиллз» для прохождения психиатрической экспертизы по определению степени психологического ущерба. Возможно, в конце концов его вернут в современное общество. «Я просто не могу в это поверить, это так странно. Семья, которая раньше там жила, переехала, потому что, по их словам, в доме водились призраки. Думаю, теперь это объяснимо», — сказал сосед, проживший рядом 33 года.
Полиция конфисковала украденное из университета лабораторное оборудование стоимостью более $500 000, а также три пистолета, штурмовую винтовку, военные пайки на срок 50 лет и двенадцать бочек по 55 галлонов (примерно по 208 л. — Прим. ред.), включая три практически пустые. Лаборатория Управления по борьбе с наркотиками определила содержимое как чистый жидкий диэтиламид лизергиновой кислоты, мощный галлюциногенный наркотик, в народе более известный как ЛСД или «кислота».
Пока неизвестно, будет ли доктор Уинстон осуждён за какое-либо преступление.
На самом деле всё это выдумка, поскольку IFLScience.org — сатирический ресурс, публиковавший вымышленные кликбейтные истории. Его можно было очень легко спутать с известным научно-популярным порталом IFLScience.com. Помимо практически идентичных названий, у настоящего сайта и подделки были похожие дизайны и логотипы с отличающимися деталями. Например, у IFLScience.org на лого, которое в постах иногда обрезают с картинки, вместо обычных листков растения была нарисована конопля, вместо колбы — НЛО, а вместо ракеты — динозавр с пометкой «фейк». На сатирический характер IFLScience.org намекает и слоган сайта: «На 100% самый-пресамый официальный и намного более научный».
На сопроводительном фото показан никакой не химик Корриган. В оригинале это 63-летний бездомный мужчина в красном по имени Гэри Стэнфорд Рауб. В 2012 году сообщалось, что его арестовали за убийство, совершённое 36 лет назад. Согласно отчётам СМИ, в 1976 году в штате Мэн была убита 70-летняя Бланш М. Кимбалл, которая получила более 40 ножевых ранений. В результате расследования выяснилось, что на месте преступления и на орудии убийства также присутствовала кровь другого человека. До убийства Рауб, которого ранее звали Гэри Роберт Уилсон, был постояльцем в доме Кимбалл и в то время считался подозреваемым, но не было достаточных улик, чтобы его задержать. В 2011 году он снова появился на радарах полиции, так как был замешан в нанесении ножевых ранений другому бездомному в Сиэтле. Тогда же полицейский под прикрытием попросил Рауба принять участие в «исследовании жевательной резинки», в результате чего была получена его ДНК, которая совпала с образцом крови, найденной в доме Кимбалл.
Скриншот страницы сайта. Источник
Фото на обложке: коллаж IFLScience.org / AP
Наш вердикт: сатирические новости
Ещё нас можно читать в Телеграме, в Фейсбуке и во Вконтакте
В сообществах отсутствуют спам, реклама и пропаганда чего-либо (за исключением здравого смысла).
Поделиться чеканной монетой с проектом с самым большим количеством пруфов на абзац можно внизу поста 🙂
Правда ли, что чтение с экрана портит зрение?
Распространено мнение, что чтение с компьютера, планшета или смартфона ухудшает зрение и ведёт к близорукости. Мы решили проверить, есть ли научные подтверждения этой точки зрения.
(Для ЛЛ: нет никаких доказательств того, что чтение с экранов портит зрение сильнее, чем чтение с бумажных носителей)
Для начала попробуем разобраться, чем отличается с точки зрения физики чтение с бумажного и электронного носителя. Как известно из школьных уроков, видимым предмет становится тогда, когда он отражает или испускает элементарные частицы света — фотоны, которые попадают на светочувствительные клетки сетчатки, а от них сигнал по цепочке нейронов доходит до мозга. Фотоны от солнца или искусственного источника освещения попадают на книжный лист, чёрные буквы фотоны поглощают, а белые промежутки отражают их прямо нам на сетчатку. С точки зрения физики правильнее было бы даже говорить не столько «я вижу буквы», а скорее «я не вижу буквы, а вижу промежутки между ними». В случае с электронным носителем отражённый свет нам не обязателен, встроенная подсветка экрана сама испускает необходимое количество фотонов, чтобы мы могли воспринимать текст или изображение.
При недостаточности освещения человеческий глаз имеет возможности для адаптации. Когда мы пытаемся рассмотреть что-то в сумерках, наш зрачок расширяется, чтобы большее количество света попадало на сетчатку. При возвращении более яркого освещения зрачок сужается. Если же силами организма достаточной яркости достичь не удалось, мы используем внешние возможности регулировки: подстраиваем освещение под потребности нашего зрения (включаем более яркий свет, пересаживаемся ближе к источнику света), а в случае с электронным носителем регулируем мощность подсветки. Важно отметить, что опасение, будто чтение при недостаточном освещении навредит зрению, абсолютно беспочвенно. По меткой аналогии нью-йоркского офтальмолога Ричарда Розена, «это всё равно что сказать, будто фотографирование при плохом освещении повредит ваш фотоаппарат».
Самым крупным исследованием влияния чтения с экранов на зрение, пожалуй, можно назвать труд учёных из Университета штата Огайо. В 1989 году они отобрали 4512 детей в возрасте от 6 до 13 лет разных этнических групп без признаков близорукости и на протяжении 21 года наблюдали за их зрением. При разработке дизайна исследования среди потенциальных факторов риска учёные выделили время, проводимое за экраном телевизора, а позже и компьютера. Исследование показало, что этот фактор в итоге не сыграл значимой роли в развитии близорукости, в отличие от, например, такого неочевидного на первый взгляд параметра, как время игр на свежем воздухе. Карла Задник, руководитель этого исследования, подчёркивает, что «несмотря на то, что время, проведённое у экрана, считалось важным фактором в развитии близорукости на протяжении почти 100 лет, наша большая и этнически репрезентативная выборка не продемонстрировала никакой связи». С Задник согласен её коллега, доктор Дональд Мутти: «Нет убедительных доказательств того, что работа за компьютером увеличивает риск возникновения или прогрессирования близорукости у взрослых по сравнению с другими формами работы, связанными с напряжением зрения».
Однако некоторая связь между количеством времени, проводимым за чтением, и развитием близорукости существует. Ухудшение зрения вследствие длительной работы за монитором вызывается тем, что многие не соблюдают правила безопасной работы вблизи, а именно пренебрегают необходимым расстоянием между текстом и глазами и не делают необходимых пауз для отдыха глаз. Самым важным правилом офтальмологи называют «правило 20–20–20»: каждые 20 минут работы необходимо делать перерыв и на протяжении 20 секунд переводить взгляд на объект, находящийся на расстоянии 20 футов (около 6 м). Соблюдая его, мы даём глазам необходимый отдых и можем продолжать работу, не испытывая неприятных симптомов и не нанося вред своему зрению. Пренебрежением этим правилом, скорее всего, и объясняется «экранная близорукость» пациентов доктора Дэвида Алламби.
Интересно также отметить: в 2019 году учёные пришли к выводу, что чтение белых букв с чёрного фона стимулирует необычные для нашего глаза пути передачи информации и представляет собой профилактику появления близорукости, в отличие от стандартного чтения чёрных букв с белого фона. Стоит также упомянуть наблюдение японских учёных: жевание жевательной резинки во время напряжённого чтения с экрана, задействуя различные мышцы лица, снижает такие симптомы усталости глаз, как сухость, ощущение песка в глазах, двоение и боль.
Таким образом, нет никаких доказательств того, что чтение с экрана компьютера, планшета или смартфона сильнее портит зрение, чем чтение с бумажного носителя. Однако важно помнить, что вне зависимости от того, книга перед вами или мобильный телефон, следует соблюдать некоторые правила безопасной работы и, возможно, следуя советам японских учёных, расслаблять мышцы лица, параллельно с чтением жуя жевательную резинку.
Наш вердикт: неправда
Ещё нас можно читать в Телеграме, в Фейсбуке и во Вконтакте
В сообществах отсутствуют спам, реклама и пропаганда чего-либо (за исключением здравого смысла).
Поделиться чеканной монетой с проектом с самым большим количеством пруфов на абзац можно внизу поста 🙂
Наглядная микробиология #3 Амёба (Amoeba)
Третий выпуск проекта «Наглядная микробиология». Тема выпуска — род Амёбы (Amoeba) из группы корненожковых.
Подробная статья про амёб тут: Такие разные амёбы
Музыка: Willbefine x Shuai Sillo — John Gilmore Main Theme
Кот в невесомости
че то задумался, а как коты себя в невесомости ведут.. И вот
Микрофотографии конкурса Nikon 2022
Фотографии, участвовавшие в конкурсе Nikon Small World 2022.
1. Тигровый жук, раздавливающий муху
Мурат Озтюрк из Анкары (Турция) занял 10-е место в конкурсе со снимком тигрового жука, который челюстями раздавливает мухе глаза.
По словам Озтюрка, тигровые жуки (лат. Cicindelinae) бегут за своей добычей так быстро, что временно слепнут. Сфотографированный жук останавливался несколько раз, чтобы сориентироваться и выяснить, где находится муха, и в конце концов схватил её. Сильные и острые челюсти жука вонзились и продавили глаза мухи, после чего она была съедена.
2. Слизевики на листе
Фотограф Элисон Поллак из Сан-Ансельмо (США) изучала блестящий лист под микроскопом и запечатлела морщинистые переливчатые головки слизевиков Lamproderma. Для этого потребовалось около 40 часов работы и 147 комбинированных изображений.
Большинство слизевиков имеют гладкие головки, которые выделяют споры в окружающую среду для размножения. По словам Поллак, эта пара могла высохнуть слишком быстро, что замедлило их развитие и оставило головы морщинистыми.
3. Погасшая свеча
Фотограф Оле Билфельдт из Кельна (Германия) сумел запечатлеть несгоревшие частицы углерода, улетающие от фитиля погасшей свечи.
Свечной воск состоит из атомов водорода и углерода, которые при горении в основном превращаются в углекислый газ. Но не все эти частицы сгорают. Некоторые накапливаются в виде сажи на поверхностях, близких к свече. По словам Билфельдта, когда пламя гаснет, у светящегося фитиля остаётся достаточно тепла, чтобы на некоторое время разрушить молекулы воска, но недостаточно, чтобы сжечь углерод. Таким образом, вы получаете след дыма, пока он не остынет. Этот следи запечатлён на фотографии, занявшей 6-е место на конкурсе.
4. Клетки ткани молочной железы
Онколог-иммунолог Калеб Доусон из Института медицинских исследований Уолтера и Элизы Холл в Парквилле (Австралия) сделал изображение с помощью конфокального микроскопа, чтобы увидеть крошечные мышечные клетки, окружающие альвеолы, производящие молоко. Доусон использовал красители и антитела, чтобы пометить клетки жёлтым и пурпурным цветом на изображении, занявшем 2-е место.
5. Полипы кораллов
На Опаловом рифе у берегов Австралии растут полипы кораллов цветной капусты (лат. Pocillopora verrucosa), которые под микроскопом выглядят по-другому при их рассмотрении в лаборатории.
Морской биолог Бретт Льюис из Технологического университета Квинсленда в Брисбене (Австралия) соединил более 60 изображений полипа, сделанных в течение 36 часов. Коралл естественным образом флуоресцирует смесью голубых, пурпурных и розовых оттенков при воздействии света с разной длиной волны. Водоросли, живущие внутри полипа, кажутся оранжевыми или розовыми, а ткани коралла светятся голубым. Изображение заняло 12-е место в конкурсе.
Движение иглы по виниловой пластинке
Игла движется по бороздкам пластинки и создается вибрация , превращаясь в музыку.
Такие разные амёбы
Продолжаю серию постов, посвящённых обитателям микромира. Инфузорий и жгутиконосцев мы уже разобрали, поэтому сегодня на очереди амёбы.
Инфузория, жгутиконосцы и амёба под микроскопом:
Главной особенностью амёб, выделяющих их на фоне остальных микроорганизмов является форма тела, а точнее её отсутствие. Клетка амёбы не имеет прочной оболочки, а элементы клеточного скелета очень подвижны, что позволяет ей менять форму тела хоть каждую секунду.
Что она с удовольствием и делает, используя эту природную “фичу” для передвижения, захвата пищи и размножения.
Группа амёб включает в себя шесть типов свободноживущих и паразитических микроорганизмов. Чаще всего при наблюдении встречаются: лобозные амёбы, филозные амёбы и фораминиферы. Отличаются они формой выростов и наличием/отсутствием раковины.
Класс: Лобозные амёбы (Lobozea)
Это обитатели почвы и пресных водоёмов, есть информация о паразитических видах. При наблюдении можно встретить две жизненные формы: голых амёб и раковинных.
Последние строят для защиты своего аморфного тела прочную раковину из органических веществ. В зависимости от состава среды её свойства у разных видов могут сильно варьироваться.
Класс: Филозные амёбы (Filosea)
Чаще встречаются раковинные формы. Раковина различной формы, образована кремнеземом или органической основой со множеством песчинок. Типы выростов – лобоподии (округлые) и филоподии (тонкие).
Тип: Фораминиферы (Foraminifera)
Обитатели морей, часто населяют дно, немногие – толщу воды (планктонные). Тело помещается в раковине (однокамерной, чаще многокамерной). Стенки раковины пронизаны порами, через которые выходят многочисленные выросты (филоподии и ризоподии).
Образ жизни амёб
Свободноживущие амёбы большую часть времени находятся в поисках пищи. Питаются они частичками отмершей органики, бактериями и другими микроорганизмами (в том числе и своими более мелкими собратьями).
С помощью выростов амёба не только передвигается, но и изучает пространство вокруг себя. Благодаря рецепторам на поверхности мембраны она может ощущать препятствия, холод/тепло и наличие растворенных химических веществ в воде (солей, кислот, сахаров и т.д.).
Напоследок несколько интересных фактов об амёбах:
4. Геном амёбы примерно в 240 раз больше, чем геном человека. Учёные до сих пор ведут споры о причинах появления такого большого генетического аппарата;
Реальная форма амёбы:
Космос древних времен
Паук в балтийском янтаре (39 000 000 лет),размер 2мм
Правда ли, что леса Амазонии производят 20% всего кислорода на Земле?
Нередко можно встретить утверждение, согласно которому густая растительность в бассейне одной из крупнейших мировых рек отвечает за пятую часть всего кислорода, существующего на нашей планете. Мы проверили, корректны ли эти цифры.
Лёгкими планеты дождевые леса в бассейне Амазонки именуют достаточно давно, и в этом нет формальной ошибки — действительно, это самый крупный в мире тропический лес (5,5 млн км2), охватывающий территорию девяти государств. Однако что такое 20% всего кислорода на Земле? |Это пятая часть всего скопления этого элемента в атмосфере, то есть огромный объём, учитывая, что его концентрации людям хватает для дыхания примерно до высоты 9 км, а незначительное количество можно найти вплоть до высоты 115 км.
Ключевую роль в этом процессе занимает фотосинтез. И действительно, согласно исследованию, проведённому видным экологом, директором некоммерческой организации Project Drawdown Джонатаном Фоули в 1995 году, а также более поздней (2010 год) работе других учёных, тропические леса ответственны за 25–34% всего фотосинтеза, происходящего на суше. Как заявляет Ядвиндер Малхи, эколог из Института изменения окружающей среды Оксфордского университета, это говорит о том, что примерно 12–16% кислорода, производимого на суше, приходится на дождевые леса Амазонии. Однако есть ведь ещё и фитопланктон в Мировом океане. На долю океана приходится примерно половина всего фотосинтеза, а это значит, по словам учёных, что в глобальном смысле доля лесов Амазонии падает до 6–9%.
Но и это ещё не всё. Деревья не только «выдыхают» кислород — они также потребляют его в процессе, известном как клеточное дыхание, когда они преобразуют накопленный в течение дня сахар в энергию. Поэтому ночью, в отсутствие необходимого для фотосинтеза солнца, растения становятся чистыми поглотителями кислорода. Как считают исследователи из группы Малхи, деревья вдыхают более половины произведённого ими же кислорода, а остальное, вероятно, используют бесчисленные микробы, живущие в Амазонке. «Чистый [кислородный] эффект Амазонии или любого другого биома примерно равен нулю», — утверждает Малхи.
Что касается атмосферы Земли, то за кислород, которым мы дышим, люди должны быть благодарны в первую очередь фитопланктону, на протяжении миллиардов лет неуклонно позволявшему этому веществу накопиться в воздухе, пишет профессор Университета штата Колорадо, специалист по атмосфере Земли Скотт Деннинг. Таким образом, несмотря на то что фотосинтез растений отвечает за кислород, лишь ничтожно малая часть этого процесса на самом деле пополняет запасы кислорода в воздухе. По словам Деннинга, даже если бы все органические вещества на Земле были сожжены одновременно, было бы израсходовано менее 1% мирового кислорода. А распространённая цифра об амазонских лесах, скорее всего, перекочевала из исследований об их роли в фотосинтезе на суше.
Фото на обложке: Wikipedia.
Наш вердикт: неправда
Ещё нас можно читать в Телеграме, в Фейсбуке и в Вконтакте
В сообществах отсутствуют спам, реклама и пропаганда чего-либо (за исключением здравого смысла).
Поделиться чеканной монетой с проектом с самым большим количеством пруфов на абзац можно внизу поста 🙂
Правда ли, что кошки мяукают только ради человека?
Многие уверены, что кошки научились мяукать специально для коммуникации с человеком. Мяуканьем они только подают сигналы хозяевам, а друг с другом взаимодействуют иначе. Мы проверили, есть ли этому доказательства.
Сразу оговоримся: классическое «мяу» — далеко не единственный звук, на который способны кошки. Учёные выделяют порядка 20 разных звуков, издаваемых кошками: это и шипение, и мурлыканье, и скрип, и вой, и даже чириканье. Каждый из звуков что-то значит, его использование зависит от ситуации и эмоционального состояния животного. С котятами или дружественными котами общаются бульканьем. В качестве приветствия издают трель. Угрожая или защищаясь, вопят, шипят или низко рычат. Специалисты даже выделили особый звук, выражающий фрустрацию от того, что добыча вне зоны досягаемости: по-английски его называют сhirp, «щебет». Кошки издают такие короткие негромкие звуки, когда, например, наблюдают за птицами через оконное стекло.
А вот звук «мяу» изначально детский: так котята сообщают матери, что они голодны или потерялись. Взрослые кошки редко используют мяуканье, взаимодействуя друг с другом. Предположительно, этот звук кошки «приспособили» для общения с людьми, когда стали домашними, то есть от 10 000 до 5000 лет назад. Громкое «мяу» человек слышит лучше, чем другие кошачьи звуки. Вероятно, мяукающим кошкам было проще добиться от человека еды и внимания, сообщить о плохом самочувствии, одиночестве или желании спариться. Так что этот звук стали использовать не только котята, но и взрослые коты.
Домашние животные вообще склонны иметь детские черты внешности и поведения даже во взрослом возрасте. Это неотения — судя по всему, «побочный эффект» одомашнивания. Советский академик Дмитрий Беляев в 1950-е начал многолетний эксперимент по одомашниванию лисиц, и через несколько поколений отбора и скрещивания самых доброжелательных к людям животных у лис начали меняться и внешность, и поведение. Морда укоротилась, как у лисят, сохранилось детское поведение, игривость, появилось повиливание хвостом.
Связь между мяуканьем и жизнью с людьми подтверждается и тем, что современные одичавшие кошки почти не издают такого звука. Изучая поведение бродячих кошек, учёные обнаружили, что, даже живя колониями (то есть в тесном контакте с сородичами), они гораздо тише своих домашних собратьев. Одичавшие кошки не мяукают даже при виде знакомого человека, который их подкармливает. При этом исследование показало, что «мяу» может «прорезаться» у них буквально за несколько недель тесного контакта с человеком.
О том, что социализация и опыт каждой конкретной кошки сильно влияет на её поведение при контакте с человеком и даже на умение мяукать, говорят и другие учёные. Они проводили эксперимент с домашними и с одичавшими кошками, ставя их в разные ситуации: поблизости оказывался знакомый доброжелательный человек, затем — угрожающий незнакомец, большая кукла, человек с собакой, человек с кошкой. Во-первых, бездомные кошки вели себя агрессивнее домашних, когда чувствовали угрозу. Но даже при виде дружественного человека они не мяукали, в отличие от кошек, у которых есть дом и хозяева.
Итак, «мяв» домашних кошек, действительно, обращён прежде всего к человеку. У диких кошек «мяу» — звук общения котёнка с матерью, взрослея, коты разучаются мяукать. А домашние кошки «приспособили» этот звук для общения с хозяевами.
Наш вердикт: правда
Ещё нас можно читать в Телеграме, в Фейсбуке и в Вконтакте
В сообществах отсутствуют спам, реклама и пропаганда чего-либо (за исключением здравого смысла).
Поделиться чеканной монетой с проектом с самым большим количеством пруфов на абзац можно внизу поста 🙂
Ответ на пост «Правда ли, что для защиты от заражения сразу после воздействия радиации нужно принять йод?»
О препаратах йода простыми словами.
У человека есть щитовидная железа, которая очень любит йод. Если йода не хватает, то эта железа пытается его получить из любого источника. Причем крайне активно. При ядерных реакциях выделяется радиоактивный Йод-131. Пример: ядерная авария. Бомба ли, "Чернобыль" ли — не важно. В атмосферу выбросило кучу всяких "вкусняшек". В том числе йод. Если у Вас недостаток йода и Вы попали в зону заражения, то этот йод крайне быстро впитается в щитовидную железу. При этом радиоактивный йод начнем изнутри облучать организм. Это очень вредно. Прэтому пить препараты йода "после" — особого смысла нет. Их нужно принимать до, не допуская дефицита этого элемента. Щитовидка Вам скажет спасибо, а от неё и весь организм. Ибо она рулит эндокринной системой. Это и все действия йода. Т.е. его нельзя рассматривать, как лекарство от радиации. Потому что йод никак не влияет на реакцию организма на ионизирующие излучения. А также не влияет на другие радиоактивные изотопы. А их при ядерной реакции получается целый ворох. И йод из них самый безобидный. Ещё и с коротким периодом полураспада.
Был знаком с человеком, который почти на моих глазах получил очень солидную дозу этого йода. Врачи его спасли медикаментозно, даже не пришлось удалять повреждённый орган. А если бы он не был таким глупым и соблюдал рекомендации врачей, то и этой травмы бы не получил. Нужно было всего-лишь принимать препарат постоянно, не допуская дефицита йода. Тогда и радиоактивный не впитался бы.
Правда ли, что для защиты от заражения сразу после воздействия радиации нужно принять йод?
Бытует мнение, что прием препаратов йода сразу после радиационного выброса спасает организм от заражения. Мы решили проверить, стоит ли на самом деле запасать сейчас йод, чтобы сразу после плохих новостей начать его принимать.
(Для ЛЛ: йод защищает только щитовидную железу и только от радиоактивного йода)
Радиация или ионизирующее излучение по определению ВОЗ — это перенос энергии в виде электромагнитных волн или субатомных частиц. В природе встречаются естественные источники радиации — радиоактивные вещества, присутствующие в почве, воде, воздухе и в организме человека. Также существуют искусственные источники ионизирующего облучения —рентген-аппараты или радиофармацевтические препараты. Выброс радиации может случиться из-за аварии на производстве (как это было в Чернобыле и на Фукусиме), теракта на АЭС (например, существует угроза теракта на Запорожской АЭС, находящейся в районе боевых действий) или в случае применения ядерного оружия (как это произошло в японских городах Хиросима и Нагасаки).
Важно сразу отметить, что в результате ядерной катастрофы выделяются различные радиоактивные элементы, а не только йод (I-131). Например, в реакциях деления урана и плутония выделяется также цезий (Cs-137 и Cs89-134) и стронций (Sr-89 и Sr-90). Помимо этого в результате взрывов может происходить загрязнение таллием, рутенией, ксеноном и другими элементами. Для каждого из веществ существуют свои антидоты, то есть противоядия. Приём йода ни в какой мере не снизит вредного воздействия цезия или стронция. При этом, например, вредное воздействие цезия и таллия минимизирует берлинская лазурь, антидот к стронцию — активированный сульфат бария (адсобар) и полисурьмин. Также в мире существуют комплексные препараты, защищающие сразу от нескольких радиоактивных соединений. Например, доступный в России препарат ускоряет выведение из организма изотопов плутония, америция и кюрия. То есть в каждом конкретном случае радиационного воздействия следует использовать для защиты свою группу препаратов.
Препарат йода, а именно йодид калия, действительно способен минимизировать вредное воздействие на организм радиоактивного йода, в частности, защитив щитовидную железу — орган, накапливающий самое значительное количество радиоактивного изотопа элемента. В случае приёма йодида калия (стабильного йода) он «заполняет» щитовидную железу и она просто не может впитать радиоактивный йод. Такой метод называется йодной блокадой щитовидной железы. Так как йодид калия широко доступен (продаётся в аптеках без рецепта), то и его популярность для защиты от радиации куда выше, чем, например, берлинской лазури, которую достаточно сложно приобрести или вовсе нужно изготавливать кустарным способом с помощью непростых химических реакций.
Важно помнить, что во-первых, от радиоактивного йода эффективную защиту даёт только приём йодида калия; йодная сеточка на коже должного эффекта не даст. А вот раствор Люголя, используемый для лечения инфекционно-воспалительных заболеваний горла, вполне может заменить таблетированную форму йодида калия. ФМБА (Федеральное медико-биологическое агентство) на своём официальном сайте также допускает применение спиртового раствора йода в том случае, если чрезвычайная ситуация произошла, а таблеток йодида калия нет. Однако там же строго оговаривается, что такая терапия должна проводиться исключительно медицинским персоналом. Сайт Всемирной организации здравоохранения в разделе «Использование йодида калия для защиты щитовидной железы во время ядерных или радиологических чрезвычайных ситуаций» упоминает исключительно таблетированную форму йодида калия и не оговаривает варианты замены. Нужно также отметить, что БАДы с йодом и мультивитаминные комплексы не могут выступать заменой йодиду калия. В среднем в таких препаратах содержится суточная доза йода — 100-200 МИКРОграмм, а для эффективной блокады щитовидной железы взрослому человеку необходимо принять 125 МИЛЛИграмм, то есть 625 – 1250 витаминок в зависимости от дозировки йода в их составе! Также альтернативой йодиду калия не может выступать йодированная соль — стабильного йода там слишком мало, а приём значительных объёмов соли в короткое время опасен для здоровья.
Также стоит отметить, что принимать йодид калия на всякий случай бесполезно, а при некоторых состояниях организма может быть и вредно. ВОЗ называет самым оптимальным интервал от менее 24 часов до и до 2 часов после предположительного попадания радиоактивного йода в организм, также целесообразно, но менее эффективно, принимать йодид калия вплоть до 8 часов после предполагаемого облучения. По истечение 24 часов с момента излучения йодная профилактика бесполезна. Йодная блокада щитовидной железы достаточно кратковременна — она длится всего 24 часа. При продолжительном или повторном воздействии, невозможности избежать употребления загрязнённых продуктов питания и питьевой воды или при невозможности эвакуации из района аварии допустим повторный приём препаратов йода через 24 часа после первого.
Из-за кратковременного характера йодной блокады принимать йодид калия на всякий случай каждый день также не стоит. В 2004 году после аварии на Балаковской АЭС местные жители стали массово принимать йод — в виде спиртового раствора, таблеток, йодированной соли или морской капусты. С серьёзными отравления были госпитализированы жители Саратова, Самары, Саранска и Пензы. Йодом можно отравиться даже насмерть — летальная доза при одномоментном приёма составляет 3 грамма. При интоксикации йодом отекают язык и голосовые связки, развивается удушье, повреждаются почки и сердечно-сосудистая система, начинаются рвота и диарея, также страдают психические функции — появляется бред преследования, психоз и бессонница.
Подводя итог: препараты йода, в первую очередь, йодид калия, действительно защищает щитовидную железу от радиоактивного йода. При этом важно принимать его в рекомендуемых дозах и строго при реальной опасности заражения. Для профилактики делать блокаду щитовидной железы бесполезно и даже опасно. При этом нужно помнить, что йод защищает только щитовидную железу и только от радиоактивного йода. Для комплексной защиты необходимо спрятаться в укрытии, а также действовать в соответствии с инструкциями медицинского и эвакуационного персонала, возможно, в том числе принимать другие препараты-радиопротекторы.
Электронный микроскоп
Современная наука имеет глубокие корни. Гораздо более глубокие, чем может показаться на первый взгляд. Журнал «Наука и жизнь», основанный в 1890 году и возобновлённый после перерыва в октябре 1934 года, помогает проследить историю развития научно-технической мысли.
Волны и частицы
Какой смысл имеет такое сочетание слов — «электронный микроскоп»? Неужели при помощи электронов можно рассмотреть или фотографировать мелкие предметы в увеличенном виде? Эта попытка заменить световые волны электронами вполне естественно вытекает из взглядов современной физики на сходство между распространением волн и потоком летящих частиц * .
Как были открыты электроны
Представление об электронах как отдельных частичках, могущих в пустоте двигаться с большими скоростями, было создано английскими учёными В. Круксом и Дж. Дж. Томсоном в связи с рядом опытов по прохождению электричества через крайне разреженные газы.
Крукс помещал металлическую пластинку внутри стеклянной трубки, из которой выкачивался газ, и заряжал её до большого напряжения отрицательным электричеством. Если напряжение было достаточно велико, из пластинки во все стороны перпендикулярно к её поверхности начинали исходить какие-то лучи, невидимые глазу, но заставляющие стекло трубки светиться зелёным светом. Обнаружить эти лучи было очень легко, ставя между пластинкой и стеклом какой-нибудь предмет, так как на стекле получалась тень, форма которой ясно указывала, что из пластинки по прямым линиям исходят какие-то лучи, заставляющие стекло светиться (рис. 1).
Чтобы исследовать природу этих лучей, был придуман целый ряд необычайно остроумных опытов, и удалось с полной несомненностью доказать, что эти лучи представляют собой летящие с огромной скоростью частицы электричества, названные электронами.
Как можно управлять движением электронов
На рис. 2 схематично изображена стеклянная трубка, из которой выкачан воздух, снабжённая несколькими электродами, к которым можно подводить электрическое напряжение.
Электрод К (катод) заряжен отрицательно по отношению к пластинке А (анод) настолько сильно, что из него будут вылетать электроны. Обычно катод нагревают до высокой температуры, тогда напряжение между катодом и анодом может быть значительно меньше.
Электроны полетят от электрода к пластинке, и их скорость будет всё время возрастать; если в аноде сделано отверстие, то разогнавшиеся электроны, пролетая через отверстие, будут продолжать лететь с достигнутой скоростью по инерции прямолинейным пучком.
Если вдоль пучка расположить пластинку, покрытую веществом, светящимся от ударов электронов, то этот пучок делается видным в виде узкой светящейся полоски, указывающей путь электронов.
Статья об электронном микроскопе, написанная блестящим популяризатором науки, физиком и педагогом Дмитрием Дмитриевичем Галаниным, была опубликована в «Науке и жизни» 75 лет назад. Автор статьи не ошибся в своих предсказаниях: сейчас электронный микроскоп — вполне обычный научный прибор в арсенале физиков, химиков, биологов, благодаря которому можно увидеть отдельные молекулы и даже атомы. Более того, электронный микроскоп стал важнейшим инструментом нанотехнологий.
Вспомним некоторые важные научные вехи в развитии электронной микроскопии.
- 1897 год. Джозеф Джон Томсон открывает электрон. Нобелевская премия 1906 года.
- 1924 год. Луи де Бройль высказывает идею, что движение электрона (и других элементарных частиц) можно представить как распространение волны. Нобелевская премия 1929 года.
- 1928 год. Джордж Паджет Томсон (сын Дж. Дж. Томсона) обнаруживает дифракцию электронов, экспериментально доказав волновую природу этих частиц. Нобелевская премия 1937 года (совместно с К. Дэвиссоном).
- 1928 год. Георгий Гамов предлагает теорию туннельного перехода элементарной частицы через энергетический барьер.
- 1931 год. Немецкий инженер Райнхольд Руденберг патентует просвечивающий электронный микроскоп с электростатической фокусировкой электронов.
- 1931 год. Эрнст Руска (Нобелевская премия 1986 года) и Макс Кнолль создают прототип просвечивающего электронного микроскопа с фокусировкой магнитными линзами. В 1933 году создан прибор с разрешением выше, чем у светового микроскопа.
- 1937 год. Манфред фон Арденне изобретает растровый (сканирующий) электронный микроскоп с разрешением выше 100 нм.
- 1951 год. Чарльз Отли создаёт сканирующий электронный микроскоп с регистрацией вторичных (испускаемых исследуемой поверхностью) электронов с разрешением 50 нм, который к тому же позволяет увидеть трёхмерную структуру поверхности.
- 1965 год. Начинается промышленное производство электронных микроскопов с разрешением около 10 нм.
- 1981 год. Герд Биннинг и Генрих Рорер создают электронный туннельный микроскоп (Нобелевская премия 1986 года). В этом приборе электроны могут туннелировать между иглой зонда и поверхностью образца. По величине тока туннелирующих электронов определяют расстояние между образцом и кончиком иглы. Сканируя таким образом образец, получают рельефное изображение поверхности.
Поставим сверху и снизу от этого пучка летящих электронов две металлические пластинки и зарядим верхнюю пластинку (M) отрицательно, а нижнюю (N) положительно. Тогда электроны, отталкиваясь от верхней и притягиваясь к нижней, изогнут свой путь. Этот изгиб будет вполне похож на изгиб под влиянием силы тяжести струи воды, вытекающей из горизонтальной трубы. Величина изгиба будет зависеть от величины напряжения между пластинками M и N и от скорости электронов. Понятно, чем скорость будет больше, тем изгиб будет меньше и чем напряжение будет больше, тем больше будет и изгиб.
Придавая пластинкам соответствующую форму и меняя напряжение и скорость электронов, получают возможность управлять движением электронов. Надо только точно рассчитать, как эти пластинки будут влиять на полёт электронов. Это довольно трудная задача, но с ней легко может справиться хороший математик. То же отклонение пучка можно сделать при помощи магнитного поля.
Электронная линза
На рис. 3 изображён опыт с электронной линзой, из которого видно, как хорошо удаётся управлять потоком летящих электронов. Из ряда отверстий с левой стороны рисунка выходят несколько расходящихся пучков электронов, дальше они проходят через так называемую электронную линзу, состоящую из заряженных пластинок. Крайние пластинки линзы заряжены отрицательно, а средняя пластинка — положительно. Пучки электронов отклоняются линзой и пересекаются совершенно так же, как лучи света, проходящие через стеклянное оптическое стекло. На среднем рисунке напряжение сделано меньше, и пучки, отклоняясь, делаются параллельными, а на нижнем рисунке (без напряжения) остаются расходящимися.
На практике оказывается гораздо удобнее пользоваться не заряженными пластинками, а катушками, создающими магнитное поле. Влияние магнитных сил на полёт электрона несколько сложнее, но, по существу, ничем не отличается от влияния электрических сил, и при помощи магнитного поля соответственно подобранной катушки, по которой проходит электрический ток, можно также построить электронную линзу.
Электронный микроскоп
Получив возможность построить электронную линзу, нетрудно осуществить и сложный электронный микроскоп.
С внешней стороны электронный микроскоп изображён на рис. 4. Назначение отдельных частей указано на самом рисунке.
Результаты исследования при помощи электронного микроскопа
На рис. 5 представлен снимок, сделанный электронной линзой с нагретого, покрытого окисью катода, испускающего электроны. На снимке видно, что только отдельные части катода испускают электроны. Расположение этих пятен позволяет изучать структуру слоя окиси, что представляет очень большой интерес, так как такие окисные катоды применяются для катодных радиоламп.
На рис. 6 изображён тоновой снимок решётки из тонкой проволоки, причём расстояние между проволочками равно 0,3 мм. Слева — снимок при помощи электронного микроскопа, а справа — снимок при помощи светового микроскопа. Электронный снимок во всяком случае не хуже, чем световой.
Обычный световой микроскоп не может разделить двух точек или чёрточек, если расстояние между ними меньше четверти длины световой волны. Световые волны имеют заметные размеры, и поэтому «разрешающая способность» светового микроскопа достигает не более чем 0,4 μ (мкм, 10 –6 м. — Ред.), или 4000 Å (Å — ангстрем = 10 –8 см). Предел «разрешающей способности» электронного микроскопа ставится длиной волны того волнового процесса, который, согласно воззрениям современной физики, окружает летящий электрон, — длиной «волн материи» Де-Бройля.
Длина волны материи зависит от скорости летящего электрона и будет тем меньше, чем больше скорость электрона. Поэтому, увеличивая скорость электронов, можно сделать «разрешающую способность» электронного микроскопа почти безграничной. Можно подсчитать, по теории Де-Бройля, что при скорости электронов 750 вольт «разрешающая способность» электронного микроскопа уже достигает 22 ангстрем, а при легко достижимой скорости 75 000 вольт она делается около 2 ангстрем, то есть приближается к размерам атома.
Первые электронные микроскопы были построены всего 2–3 года назад (в начале 1930-х годов. — Ред.), но уже сейчас при их помощи можно получать снимки тонких листочков металла, прозрачных для электронов, с увеличением в 7–12 000 раз.
Электронный микроскоп, возможно, сделается скоро таким же обычным прибором, как световой микроскоп, и трудно сейчас представить, сколь интересные результаты могут быть получены при помощи этого прибора.
* См. статью акад. А. Ф. Иоффе в № 1, 1934 г. (перепечатана в журнале «Наука и жизнь» №10, 2004 год).
Электронная микроскопия
Электронная микроскопия – один из методов исследования микроструктуры твердых тел, их электрических и магнитных полей, локального состава с применением совокупности электронно-зондовых методов. Данная технология была запатентована в 1931 году Р. Руденбергом, который создал первый в мире электронный микроскоп. Сегодня – это один из наиболее эффективных и передовых методов исследования, который широко используется на предприятиях, в научных, учебных лабораториях.
Метод электронной микроскопии
Данная технология стала основой в создании электронных микроскопов – приборов, в которых для построения изображения используется не световой луч, а поток электронов в вакуумной среде. Роль оптических линз, которые используются в обычных микроскопах, здесь отведена электронному полю. Именно оно и фокусирует электроны. Электромагнитное поле формируется электромагнитными катушками.
Изображение передается на флюоресцирующий экран, где его можно сфотографировать и рассмотреть детально. К изучаемым объектам предъявляется ряд требований:
- Необходима предварительная фиксация и обработка. Объекты в процессе работы будут находиться в глубоком вакууме.
- Маленькая толщина. Поток электронов будет сильно поглощаться объектом. И большую толщину он не «пробьет». В качестве объектов используются срезы, толщиной от 20 до 50 нм. Для удобства работы их размещают на тонкие прозрачные пленки.
- Равномерность слоя. Перед началом исследования проводится механическая обработка. Она способна обеспечить постоянную толщину образца.
Разрешающая способность у электронных микроскопов значительно выше, чем у оптических. Величина 0,15 нм (15 А) позволяет получать увеличение в миллионы раз, что идеально подходит для изучения микроскопических объектов.
Основные особенности
Суть метода электронной микроскопии в том, что через исследуемый образец подается электронный пучок разной энергии. Под воздействием электромагнитного поля он фокусируется на поверхности в виде пятна, в диаметре не превышающего 5 нм. Это пятно и выполняет «изучение» объекта. Соприкасаясь с поверхностью, электронный пучок частично проникает в нее, вытесняя не только электроны, но и фотоны. Они попадают на лучевую трубку, где и из них и формируется изображение.
В сравнении со световыми (оптическими) микроскопами, электронные обладают преимуществами:
- Можно получать очень большое увеличение (вплоть до 300000) с сохранением высокого разрешения, вплоть до атомов. Такой результат достигается при прямом наблюдении объекта. То есть не требуется дополнительных увеличений.
- Позволяют изучать химический состав образца по точкам. Используется спектральный анализ рентгеновского излучения, которое возбуждается электромагнитным потоком.
- Пользователь получает прямую электронно-оптическую информацию об исследуемом объекте. При необходимости ее можно будет дополнить сопутствующими данными, основываясь на электронной дифракции электронов с веществом. Как пример: при помощи дифракционного контраста изображений определяются кристаллографические показатели.
- Обеспечивает возможность дополнительного воздействия на объект в ходе исследования. Его можно нагревать, облучать, деформировать, намагничивать. Наблюдение за процессами будет динамическим. Есть возможность фото- и видеофиксации происходящего. Качество изображения будет достаточно высоким.
- Есть возможность наблюдать за рельефом поверхности, анализируя катодолюминесценцию. Такую возможность предоставляет электронная растровая разновидность микроскопии.
Виды электронной микроскопии
Выделяют 2 основных вида электронной микроскопии:
- Просвечивающая или трансмиссионная – ПЭМ.
- Сканирующая или растровая – СЭМ.
Просвечивающая электронная микроскопия
В микроскопах, работающих по этой технологии на объект, воздействует пучок ускоренных электронов, обладающих энергией от 50 до 200 кэВ. Те электроны, которые образец не пропустит, будут отклоняться на небольшой угол. И они, и те, которые пройдут через исследуемый объект с незначительными энергетическими потерями, попадают на магнитные линзы. В результате на фотопленке или люминесцентном экране формируется изображение внутренней структуры. Хорошие результаты дает при исследовании ультратонких образцов – менее 0,1 мкм в толщину.
При работе с ПЭМ одна из наиболее важных задач – различать природу контрастов:
- Абсорбционный. Результат неупругого рассеивания электронов, которые проходят через образец. Более плотные элементы будет выделяться темным на общем белом фоне. Если состав образца однородный, контрастировать будут участки разной толщины. Применяется при исследовании микрочастиц на аморфной пленке.
- Дифракционный. Формируется при упругом рассеивании электронов, которые проходят через исследуемый образец на неподвижных и стандартно размещенных атомах кристаллической решетки. Подходит для определения кристаллической структуры и размеров решетки.
- Амплитудный. Контраст такого типа образуется в результате выделения одного конкретного рефлекса из общей дифракционной картины. Его изображение передается на оптическую ось. При этом прямой пучок окажется на экране светлым, а тот, который отклонился (дифрагированный) – темным. Неоднородности укажут на дефекты кристаллической решетки. Применяется такой метод исследования для определения несовершенства кристаллической решетки, ее природы и свойств.
- Фазовый. Образуется при многопучковой электронной дифракции как результат уменьшения или увеличения амплитуды волн с разным сдвигом по фазе. Позволяет определять ориентацию кристаллических решеток разных фаз образца, дефекты решеток.
Одна из разновидностей ПЭМ – просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения (ВРЭМ). Формируется в случае, когда пучок электронов падает параллельно оси кристаллов в условиях фазового контраста. Позволяет диагностировать даже мельчайшие неоднородности кристаллической решетки.
Сканирующая электронная микроскопия
Сканирующей электронной микроскопией (СЭМ) получают изображения поверхности исследуемого образца с высокой разрешающей способностью. Получают трехмерные картинки, которые будут удобными в процессе изучения структуры. Дополнительно можно использовать методики EDX, WDX, чтобы получить информацию о химическом составе околоповерхностных слоев.
В оборудовании сфокусированный электронный пучок средней энергии сканирует образец. Предусмотрено несколько режимов работы:
- Режим отраженных электронов.
- Режим вторичных электронов.
- Режим катодолюминиценции и пр.
Эти методики позволяют не только изучать свойства поверхности, но и получать наглядную информацию о структурах, расположенных на несколько микрон ниже верхнего слоя.
СЭМ может работать только с образами, которые можно погружать в вакуум – твердыми. Жидкие среды предварительно подвергают криозаморозке. Форма и размеры образца ограничиваются только размерами рабочей камеры микроскопа. Эффективность исследования можно повысить путем напыления слоя токопроводящего материала.
Возможности
Технология электронной микроскопии постоянно развивается:
- совершенствуются способы подготовки образцов;
- разрабатываются методики для получения более качественной и широкой информации;
- улучшается электронная оптика;
- повышается чувствительность методов анализа применением спектрометрических систем;
- разрабатываются методики компьютерной обработки изображений с целью получения более широкой информации о структуре;
- тестируются методы компьютеризации, автоматизации путем подключения к микроскопу дополнительной аппаратуры и пр.
Благодаря последним наработкам метод электронной микроскопии используют уже и при работах с влажными образцами, исключая нарушение их структуры и локального состава. Для этого применяется низкотемпературное замещение воды, сверхбыстрое замораживание в среде хладагента, прижим к металлу, который охлаждается жидким азотом и пр. Существенно возможности метода расширило использование компьютерной техники, в частности математическая обработка электронных изображений. Теперь изображения можно запоминать, корректировать контрастность, добавлять оттенки цветов, выделять микроструктуры, убирать шумы, выделять границы исследуемых участков и пр.
Области применения
Метод электронной микроскопии используют для изучения поверхности объектов, ультратонких срезов тканей, микробов. С его помощью определяют строение жгутиков, вирусов и пр. Оборудование, основанное на этой технологии, широко используется в различных научных и производственных отраслях:
- Полупроводники, хранение данных. Выполняется анализ дефектов, трехмерная метрология, определяются неисправности, редактируются рабочие схемы.
- Биология и медицина. Электронные микроскопы применяют в криобиологии, электронной и клеточной томографии, вирусологии, стекловании. С их помощью определяют локализацию белков, анализируют частички, выполняют фармацевтический контроль качества, получают трехмерные изображения тканей.
- Промышленности. Электронные микроскопы позволяют снимать плоские и трехмерные микрохарактеристики, параметры частиц, проводить динамические эксперименты с материалами, получения изображения высокого разрешения. Они применяются в химической, нефтехимической горнодобывающей отрасли, микротехнологии, судебной медицине и пр.
- Научно-исследовательские лаборатории. Электронная микроскопия позволяет делать квалификацию материалов, создавать нанопрототипы, исследовать микроструктуры металлов, подбирать материалы и образцы. Микроскопы также применяются для тестирования и снятия характеристик.
Главная задача – подобрать микроскоп, работающий электронным методом под особенности предстоящих работ. В каталоге компании «Sernia Инжиниринг» можно подобрать подходящее оборудование для любой научно-исследовательской и производственной задачи. Приборы поставляются по Москве, Санкт-Петербургу и в другие регионы РФ. Все они имеют сертификаты соответствия, на них действуют гарантии. Узнать актуальные цены, условия сотрудничества, получить консультации и помощь в выборе можно у менеджеров компании. Свяжитесь с ними по телефону или через онлайн-форму.
А.С.Илюшин, А.П.Орешко. Введение в дифракционный структурный анализ. М.: физический факультет МГУ, 2008