Guida al microscopio elettronico: i benefici per le aziende

Partiamo da un aspetto fondamentale e scopriamo il microscopio elettronico a scansione a cosa serve. In questo modo, potrai iniziare a stendere una prima lista di casi d’uso nella tua azienda o laboratorio.

Con l’introduzione nella ricerca del microscopio elettronico a scansione, si è finalmente aperta la finestra sull'ultra piccolo. Si è resa, dunque, possibile l’indagine molecolare, così da comprendere i processi di formazione nei campioni biologici e i comportamenti molecolari dei materiali (lignei, metallici, plastici) sottoposti a trazione, pressione e temperature estreme.

Ecco perché il microscopio elettronico può risultare fondamentale nel miglioramento dei materiali di base di cui si compongono i prodotti fabbricati nella tua azienda.

Per comprendere al meglio il microscopio elettronico come funziona, scomponiamo lo strumento di osservazione delle sue unità essenziali, spiegandone in breve il ruolo svolto.

La sorgente di elettroni (il cannone elettronico), usato per generare il fascio di elettroni primario ad alta energia che colpisce il campione oggetto dell’osservazione/analisi, è composto da un filamento di tungsteno a forma di V, o da un cristallo in esaboruro di lantanio.

Una pompa a vuoto crea le condizioni di vuoto nella camera dove è stato collocato il campione e nel tubo attraverso cui transita il fascio di elettroni.

Un condensatore magnetico convoglia il fascio di elettroni sul campione oggetto dell’osservazione.

A questo punto, entrano in gioco due lenti magnetiche: la prima svolge il ruolo di obiettivo, mentre la seconda fa da proiettore, bloccando gli elettroni nel campo ottico del microscopio.

Un rilevatore, detto detector di emissione secondaria, a seguito della sollecitazione del campione, cattura gli elettroni secondari per misurarne l’intensità. Quest’ultima varia a seconda del rilievo della superficie.

Infine, le immagini vengono registrate attraverso un supporto digitale o fisico come una lastra fotografica.

Adesso vediamo, invece, come funziona un microscopio elettronico a scansione o scanning electron microscope (SEM). Il SEM è una delle versioni di microscopio elettronico il cui utilizzo è indicato per l’osservazione della superficie di un materiale (il campione).

Gli elettroni sparati dal cannone vengono convogliati sulla superficie del campione grazie ai campi magnetici, dando origine a vari segnali per ogni parte colpita. I segnali generati vengono raccolti ed elaborati per restituire un’immagine visibile da video terminale (display del computer, monitor integrato, smartphone e tablet).

Attraverso il microscopio elettronico cosa si vede? Grazie alla tecnica nota come congelamento-frattura, in cui il campione biologico viene congelato a -196°C in azoto liquido, è possibile vedere le proteine di una cellula.

Di seguito, una breve lista esemplificativa che aiuta a comprendere il microscopio elettronico cosa vede e, di riflesso, cosa puoi vedere tu per condurre le tue analisi nel laboratorio aziendale.

• Virus
• Organuli cellulari
• Cellule ematiche
• Distinzione di granelli (sabbia, cemento, sale)
• La struttura infinitesimale della superficie di un metallo

L’innovazione tecnologica ha reso disponibile diverse tipologie di microscopi elettronici, tra cui il già citato microscopio elettronico a scansione (o SEM), ma anche il più evoluto microscopio elettronico a trasmissione (TEM) e, ancora, il microscopio a trasmissione di campo, conosciuto con il nome alternativo di microscopio ionico.

Soffermandoci sulle prime due tipologie, vediamo in breve che differenza c’è tra il TEM e il SEM.

In entrambi i microscopi si utilizza un fascio di elettroni ad alta energia, ma, mentre con il microscopio SEM possiamo osservare la superficie del campione, con il microscopio TEM attraversiamo il campione oggetto dell’osservazione/analisi.

Il TEM, rispetto al SEM, ha una risoluzione superiore che permette di vedere le ultrastrutture cellulari e i componenti macromolecolari.

Altra differenza che caratterizza i due tipi di microscopi elettronici riguarda la profondità delle immagini. Con il SEM è possibile ottenere delle immagini tridimensionali (3D) grazie all’utilizzo di diverse tecniche, mentre con il TEM le immagini sono bidimensionali (2D).

Ciò che manca al microscopio TEM è il contrasto dovuto alla ridottissima sezione dei campioni (al di sotto dei 100nm), problema che viene risolto con il trattamento del campione a base di metalli pesanti.

Per ingrandimenti meno esigenti, fai affidamento sulle nostre lampade con lenti d’ingrandimento professionali, che potranno esserti utili nella preparazione dei campioni.

Per comprendere fondamentalmente qual è la differenza tra microscopio ottico ed elettronico, dobbiamo risalire alle teorie dei fisici Ernst Abbe e di Louis de Broglie. In particolare, quest’ultimo ha dimostrato che è possibile attribuire agli elettroni in movimento proprietà fisiche simili a quelle delle onde, rendendo possibile applicare a tali particelle i principi dell’ottica.

Dunque, mentre un microscopio ottico utilizza la luce visibile per ingrandire i campioni (400 – 700 nm), un microscopio elettronico utilizza fasci di elettroni sparati a una determinata lunghezza d’onda, per mostrare gli stessi campioni attraverso la diffrazione della lunghezza d’onda su di esso.

Da un punto di vista pratico, con il microscopio elettronico si ottiene un potere risolutivo 100.000 volte superiore a un microscopio ottico. Quanto appena affermato è normale, perché la capacità di risoluzione di un microscopio è inversamente proporzionale alla lunghezza d’onda della radiazione usata. Quindi, minore è la lunghezza d’onda e maggiore sarà la risoluzione ottenibile.

A questo punto della comparazione, per comprendere quale sia il microscopio più adatto alle tue esigenze lavorative, risponderemo alle seguenti due domande:

• Quanto ingrandisce un microscopio ottico? Il limite teorico di risoluzione di un microscopio ottico è di 0,2 micrometri utilizzando la banda ultravioletta, ma con un microscopio per campo oscuro si possono raggiungere risoluzioni di 0,02 – 0,004 micrometri.
• Quanto ingrandisce un microscopio elettronico? Il microscopio elettronico a scansione ha un limite massimo di 5 nanometri (500mila ingrandimenti), mentre il microscopio elettronico a trasmissione ha un limite massimo di 0,3 nanometri e il modello High-Resolution TEM (HRTEM) raggiunge una risoluzione di 0,05 nanometri.

Illustrate le differenze tra microscopio ottico ed elettronico e cosa è visibile al microscopio ottico, passiamo ai campi di applicazione del microscopio elettronico a scansione all’interno di un laboratorio di ricerca industriale e, più in generale, in un’azienda.

Grazie alla possibilità di ottenere immagini in tre dimensioni (3D) dei campioni osservati, il SEM si presta all’analisi di:

• Campioni biologici vegetali a supporto della ricerca in agricoltura.
• Sviluppo di nanotecnologie.
• Analisi delle superfici dei materiali nell'ultra piccolo.
• Analisi microscopica su nuovi materiali compositi.

Grazie al nostro catalogo di accessori per microscopi, potrai ampliare le capacità del tuo microscopio, così da utilizzarlo per nuove applicazioni.

Data la capacità di un microscopio elettronico di fornire informazioni strutturali, morfologiche e composizionali dei campioni, risulta chiaro quanto possa essere importante il suo utilizzo in una società che ha intenzione di migliorare i suoi prodotti o di avviare lo sviluppo di nuovi prodotti secondo i più avanzati metodi di ricerca e sviluppo.

Pur richiedendo la presenza di un gruppo di persone altamente qualificate e in grado di utilizzare questo tipo di strumento di analisi, i risultati raggiungibili in termini di produttività possono superare l’investimento iniziale richiesto.

Le aziende e i laboratori di analisi che lavorano per società terze del settore biomedico o dei materiali industriali, ad esempio, implementando un microscopio elettronico nell’attività possono ampliare il portafoglio clienti raggiungendo realtà di dimensioni maggiori.

In breve, ti abbiamo illustrato come funziona il microscopio SEM e a cosa serve, quali sono i campi di applicazione e i benefici per la tua impresa.

Abbiamo chiarito, inoltre, la differenza tra un microscopio ottico e uno elettronico, spiegando anche al massimo ingrandimento del microscopio ottico cosa si vede e cosa vedresti con un microscopio elettronico.

Se ora vuoi scoprire quanto costa un microscopio elettronico a scansione, ti invitiamo a visitare il nostro catalogo di microscopi dove troverai soluzioni adatte a ogni tipo di utilizzo.