تويت
مجهر الكتروني
Electron microscope - Microscope électronique
المجهر الإلكتروني
كانت الحاجة ماسة منذ الخمسينات من القرن الماضي إلى إيجاد وسيلة ما لدراسة دقائق الأجسام، بعد أن وجد العلماء ضرورة معرفة تفاصيل بنية العناصر الحيوية وغيرها، والتي لايستطيع المجهر الضوئي light microscope أن يظهر منها إلا الشكل العام والأقسام الرئيسة، كالنواة nucleus والهيولى cytoplasm، من دون إيضاح جزيئاتها لصغر حجمها، فهي تقاس بالأنغستروم angstrom، الذي هو جزء من عشرة آلاف من الميكرون والذي هو جزء من الألف من المليمتر.
لايمكن لهذه الوحدة القياسية أن تظهر بالمجهر الضوئي الذي يعتمد على حزم ضوئية شمسية أو كهربائية، وعدسات lens جسمية (شيئية) objective وعينية ocular زجاجية، بل تحتاج هذه التفاصيل إلى وسيلة توضحها بتكبيرها أكثر بكثير. فكان المجهر الإلكتروني الذي يتألف من منبع يطلق حزماً إلكترونية وحقلاً كهرطيسياً electromagnetic، يصدر عن وشائع تمثّل العدسات في المجهر الضوئي، وإلى شاشة screen، تشاهد من خلالها الصور لأن عين الإنسان الفاحص لاتستطيع أن تتلقى الحزم الإلكترونية، كما هي الحال في المجهر الضوئي، الذي يمكن للمرء النظر مباشرة فيه من خلال عينية المجهر.
وُضع مبدأ أول مجهر إلكتروني electron microscope (EM) عام 1934، وصنع أول واحد منه عام 1950، وكان من نوع RCA EM uzc microscope، وظهرت أول صورة إلكترونية معتمدة من معهد روكفلر وكارولنسكا Rockefeller & Karolinska Ins. عام 1952. وفتح المجهر الإلكتروني آفاقاً واسعة أمام علماء الطب والعلوم وعلماء الأحياء والمعادن، وأصبحت بنية الأحياء الدقيقة وتركيبها معروفة مثل الجراثيم والفيروسات وغيرها. كما كشف العوامل المرضية الناجمة عن الأحياء المجهرية المسببة لالتهاب الدماغ وشلل الأطفال وغيرها، وساعد على معرفة التفاصيل الدقيقة لبنية الأنسجة الحيوية في الحالات الطبيعية والمرضية.
يعمل المجهر الإلكتروني على إصدار حزم إلكترونية من منبع كهربائي يدعى المدفعgun ، يوضع في أعلى المجهر وتصل شدة التيار فيه من 50 إلى 200 كيلو فولت، وذلك حسب قوة كل مجهر وفعاليته. تسير الحزم الإلكترونية بسرعة عالية، ضمن أنبوب مستقيم مفرغ من الهواء وخالي من أي تلوث، مارة من الفتحات الصغيرة للوشائع الكهرطيسية التي تعمل على تصويب الإلكترونات والتخفيف من انتثارها وتبعثرها، لتصل إلى سطح المادة المفحوصة بأصغر بقعة ممكنة، وإعطاء صور دقيقة واضحة على شاشة المجهر الذي يستطيع أن يعطي تكبيراً يصل حده الأدنى إلى 80×-2000× مرة، وبحده الأعظمي إلى 700×-1000000× مرة.
كما يقوم بتصويرها، إما بآلة تصوير (كاميرا) خاصة بأفلام الشريط sheet film، أو بآلة خاصة بالتصوير على الصفائح plate. والمجهر مزود بجهاز مراقبة مع حاسوب لسلامة سير العمل.
يتصف عمل الإلكترونات بقدرتها على إظهار التباين contrast بين الجزيئات المكونة لبنية المادة وتأثيرها في تركيبها الكيميائي، من دون أن يبدل من طبيعتها التشريحية والشكلية. إن المجهر الإلكتروني جهاز ثمين جداً، ويشكل بحد ذاته وحدة مخبرية مستقلة تتألف من غرفة للجهاز، وغرفة لإظهار الصور وطباعتها، وغرفة لتحضير العينات. ولابد من أن تكون غرفة الجهاز بعيدة عن الاهتزازات، كما يجب أن تكون بمنأى عن أي حقل مغنطيسي حتى لا تؤثر في حركة الحزم الإلكترونية للمجهر، ويشترط أن تكون مظلمة في أثناء العمل، وعليه يفضّل أن تتناسب مساحة هذه الغرفة مع حجم المجهر، وأن تكون في قبو البناء. يثبت المجهر بقواعد تمنع الاهتزاز ويوضع في منتصف الغرفة حتى تكون التهوية جيدة تتساعد، مع الأنابيب المائية المزود بها المجهر، لخفض الحرارة العالية المنبعثة من الإلكترونات.
لا يختلف تحضير العينات لدراستها بالمجهر الإلكتروني، بخطواته، عن المجهر الضوئي، ولكن الفرق يعود إلى المواد التي يتم تعاملها مع الحزم الإلكترونية أو الضوئية، وفي الحالتين لابد من المرور بالمراحل الرئيسة الأتية:
- التثبيت fixation بمواد كيميائية تحفظ العضوية من التحلل والتفسخ، مثل الكحول والفورمالدهيد، حين استعمال المجهر الضوئي والحمض الأوسمي، وغلوتارالدهيد glutaraldehyde النظامي عند استعمال المجهر الإلكتروني. ويتصف الحمض الأوسمي osmic بقدرة تجميع ذرات المادة وتكثيفها، مما يساعد على جذب الإلكترونات إليها.
- الإسجاء (الإدماج) embedding ويكون بمواد تحتضن العينة كالمواد البلاستيكية من نوع أرالدايت araldite المقاوم للحرارة الشديدة.
- التلوين staining بمواد تلون محتويات العينة، كل حسب تفاعلها الحامضي أو القلوي أو المعتدل، كالفوسفوتنغستيك phosphotungst واليورانيل في المجهر الإلكتروني، ويكون عمل الملونات الأخيرة بزيادة قدرة تباين ذرات المادة نتيجة استقطابها أعداداً كبيرة من الإلكترونات.
- القطع sectioning باستعمال المشراح (جهاز المبشرة) microtome، وتكون سكين المشراح المستدق في المجهر الإلكتروني ultramicrotome إما من الماس، وهي دائمة الاستعمال، أو من الزجاج المستهلك الذي يصنع على سطحها القاطع حوضاً صغيراً trough يُملأ بمادة الأسيتون acetone لاستقبال المقاطع الدقيقة على سطحه، ويزود المشراح المستدق بمكبرة من عينيتين لمراقبة عملية القطع، ونقل المقاطع لتحمل على صفائح معدنية مثقبة وصغيرة الأبعاد (شبكة grid)، وتوضع في محفظة (كبسولة) لحين فحصها.
يتطلب العمل بالمجهر الإلكتروني أناة، ووقتاً طويلاً، لتحضير العينات وخاصة عند عملية القطع التي تحتاج إلى مهارة في الحصول على مقاطع تقل سماكتها عن الميكرون، وكذلك عند تهيئة المجهر وتشغيله ومعايرته. ولابد من الإشارة إلى أنه توجد صعوبة خاصة في تحضير الجراثيم لأن نواتها غير محاطة بغشاء نووي، كما هو الأمر في الخلايا الحية، وأن الحمض النووي DNA في الجراثيم غير متحد بروابط بروتينية، مثل الهيستون histone أو البروتامين protamine الضروريان للتعامل مع المواد المثبتة، لهذا يجب أن تعامل العينة الجرثومية بعد تثبيتها بالحمض الأوسمي بوضعها بمادة اليورانيل لإظهار الحمض النووي في الجراثيم، وهناك إجراءات خاصة في تحضير ما يتعلق بالعلوم الأخرى.
مصطفى مسرابي
Electron microscope - Microscope électronique
المجهر الإلكتروني
كانت الحاجة ماسة منذ الخمسينات من القرن الماضي إلى إيجاد وسيلة ما لدراسة دقائق الأجسام، بعد أن وجد العلماء ضرورة معرفة تفاصيل بنية العناصر الحيوية وغيرها، والتي لايستطيع المجهر الضوئي light microscope أن يظهر منها إلا الشكل العام والأقسام الرئيسة، كالنواة nucleus والهيولى cytoplasm، من دون إيضاح جزيئاتها لصغر حجمها، فهي تقاس بالأنغستروم angstrom، الذي هو جزء من عشرة آلاف من الميكرون والذي هو جزء من الألف من المليمتر.
 |
| نواة خلية عصبية تم تصويرها بالمجهر الإلكتروني |
وُضع مبدأ أول مجهر إلكتروني electron microscope (EM) عام 1934، وصنع أول واحد منه عام 1950، وكان من نوع RCA EM uzc microscope، وظهرت أول صورة إلكترونية معتمدة من معهد روكفلر وكارولنسكا Rockefeller & Karolinska Ins. عام 1952. وفتح المجهر الإلكتروني آفاقاً واسعة أمام علماء الطب والعلوم وعلماء الأحياء والمعادن، وأصبحت بنية الأحياء الدقيقة وتركيبها معروفة مثل الجراثيم والفيروسات وغيرها. كما كشف العوامل المرضية الناجمة عن الأحياء المجهرية المسببة لالتهاب الدماغ وشلل الأطفال وغيرها، وساعد على معرفة التفاصيل الدقيقة لبنية الأنسجة الحيوية في الحالات الطبيعية والمرضية.
يعمل المجهر الإلكتروني على إصدار حزم إلكترونية من منبع كهربائي يدعى المدفعgun ، يوضع في أعلى المجهر وتصل شدة التيار فيه من 50 إلى 200 كيلو فولت، وذلك حسب قوة كل مجهر وفعاليته. تسير الحزم الإلكترونية بسرعة عالية، ضمن أنبوب مستقيم مفرغ من الهواء وخالي من أي تلوث، مارة من الفتحات الصغيرة للوشائع الكهرطيسية التي تعمل على تصويب الإلكترونات والتخفيف من انتثارها وتبعثرها، لتصل إلى سطح المادة المفحوصة بأصغر بقعة ممكنة، وإعطاء صور دقيقة واضحة على شاشة المجهر الذي يستطيع أن يعطي تكبيراً يصل حده الأدنى إلى 80×-2000× مرة، وبحده الأعظمي إلى 700×-1000000× مرة.
 |
| صورة تبين المنظر الداخلي (أ) والخارجي (ب) للمجهر الإلكتروني |
يتصف عمل الإلكترونات بقدرتها على إظهار التباين contrast بين الجزيئات المكونة لبنية المادة وتأثيرها في تركيبها الكيميائي، من دون أن يبدل من طبيعتها التشريحية والشكلية. إن المجهر الإلكتروني جهاز ثمين جداً، ويشكل بحد ذاته وحدة مخبرية مستقلة تتألف من غرفة للجهاز، وغرفة لإظهار الصور وطباعتها، وغرفة لتحضير العينات. ولابد من أن تكون غرفة الجهاز بعيدة عن الاهتزازات، كما يجب أن تكون بمنأى عن أي حقل مغنطيسي حتى لا تؤثر في حركة الحزم الإلكترونية للمجهر، ويشترط أن تكون مظلمة في أثناء العمل، وعليه يفضّل أن تتناسب مساحة هذه الغرفة مع حجم المجهر، وأن تكون في قبو البناء. يثبت المجهر بقواعد تمنع الاهتزاز ويوضع في منتصف الغرفة حتى تكون التهوية جيدة تتساعد، مع الأنابيب المائية المزود بها المجهر، لخفض الحرارة العالية المنبعثة من الإلكترونات.
لا يختلف تحضير العينات لدراستها بالمجهر الإلكتروني، بخطواته، عن المجهر الضوئي، ولكن الفرق يعود إلى المواد التي يتم تعاملها مع الحزم الإلكترونية أو الضوئية، وفي الحالتين لابد من المرور بالمراحل الرئيسة الأتية:
- التثبيت fixation بمواد كيميائية تحفظ العضوية من التحلل والتفسخ، مثل الكحول والفورمالدهيد، حين استعمال المجهر الضوئي والحمض الأوسمي، وغلوتارالدهيد glutaraldehyde النظامي عند استعمال المجهر الإلكتروني. ويتصف الحمض الأوسمي osmic بقدرة تجميع ذرات المادة وتكثيفها، مما يساعد على جذب الإلكترونات إليها.
- الإسجاء (الإدماج) embedding ويكون بمواد تحتضن العينة كالمواد البلاستيكية من نوع أرالدايت araldite المقاوم للحرارة الشديدة.
- التلوين staining بمواد تلون محتويات العينة، كل حسب تفاعلها الحامضي أو القلوي أو المعتدل، كالفوسفوتنغستيك phosphotungst واليورانيل في المجهر الإلكتروني، ويكون عمل الملونات الأخيرة بزيادة قدرة تباين ذرات المادة نتيجة استقطابها أعداداً كبيرة من الإلكترونات.
- القطع sectioning باستعمال المشراح (جهاز المبشرة) microtome، وتكون سكين المشراح المستدق في المجهر الإلكتروني ultramicrotome إما من الماس، وهي دائمة الاستعمال، أو من الزجاج المستهلك الذي يصنع على سطحها القاطع حوضاً صغيراً trough يُملأ بمادة الأسيتون acetone لاستقبال المقاطع الدقيقة على سطحه، ويزود المشراح المستدق بمكبرة من عينيتين لمراقبة عملية القطع، ونقل المقاطع لتحمل على صفائح معدنية مثقبة وصغيرة الأبعاد (شبكة grid)، وتوضع في محفظة (كبسولة) لحين فحصها.
يتطلب العمل بالمجهر الإلكتروني أناة، ووقتاً طويلاً، لتحضير العينات وخاصة عند عملية القطع التي تحتاج إلى مهارة في الحصول على مقاطع تقل سماكتها عن الميكرون، وكذلك عند تهيئة المجهر وتشغيله ومعايرته. ولابد من الإشارة إلى أنه توجد صعوبة خاصة في تحضير الجراثيم لأن نواتها غير محاطة بغشاء نووي، كما هو الأمر في الخلايا الحية، وأن الحمض النووي DNA في الجراثيم غير متحد بروابط بروتينية، مثل الهيستون histone أو البروتامين protamine الضروريان للتعامل مع المواد المثبتة، لهذا يجب أن تعامل العينة الجرثومية بعد تثبيتها بالحمض الأوسمي بوضعها بمادة اليورانيل لإظهار الحمض النووي في الجراثيم، وهناك إجراءات خاصة في تحضير ما يتعلق بالعلوم الأخرى.
مصطفى مسرابي