Zdravím všechny a vracím se s další dávkou mikroskopických drabblíků. Tentokrát si povíme něco o rozdílech mezi optickým a elektronovým mikroskopem a rozdělíme elektronové mikroskopy na dvě velké skupiny – transmisní a skenovací.
Jak připomněla v diskuzi Yga, většina lidí se setkala s mikroskopem ve škole, hlavně při mikroskopování cibulových buněk z průhledných blan mezi plátky cibule. To je naprosto skvělá ukázka pozorování preparátu, který lze prosvítit – analogií takového optického mikroskopu by byl elektronový mikroskop transmisní (zkratka TEM). Oba mikroskopy mají společnou jednu věc – lze v nich pozorovat jen tak tenký preparát, aby byl pro částice světla (fotony) anebo pro elektrony průhledný. Pro TEM mikroskopii to znamená udělat řez přibližně padesát mikrometrů tenký – potřebujete ostří, které přeřízne lidský vlas podélně na polovinu či ještě tenčí plátky. Výsledky transmisního elektronového mikroskopu tedy jsou hodně ovlivněny tím, jak dobře je tento řez proveden.
I v optickém mikroskopu někdy prohlížíme částice, které prosvítit nelze. Abychom získali jiný obraz než zdařilou temnou siluetku, musí se světlo od preparátu odrazit. Analogií takto upraveného optického mikroskopu je skenovací elektronový mikroskop (SEM) – elektrony běhají po povrchu preparátu a signál je sbírán detektory umístěnými nad vzorkem. Příkladem takového preparátu je pelyňkové zrno. A tak jsme se – po delším úvodu – dopracovali k prvnímu drabbleti.
Kdo s koho
napsáno na téma Pelyněk
To se jednou sešli v hospodě dva biologové – jeden, co měl optický mikroskop, druhý, který snímkoval na elektronovém mikroskopu. A jak slovo dalo deci, získal rozhovor na vášnivosti.
Drabble:
„Co dokážeš s těmi svými elektrony?“
„Všechno co ty a ještě hodně víc.“
„Třeba vyfotit pylová zrna? Loni o prázdninách jsem vyfotil nádherný pelyněk. Zrovna když kvetl a alergici se mohli ukašlat.“
„Jasně, pozlatím si a jedu.“
„Bez toho to nezvládneš, máčko?“
„Když pěkně poprosíš, zvládnu. A kam se budou tvoje fotky hrabat na moji hloubku ostrosti! A na moje zvětšení. Až na vnitrobuněčnou úroveň. A i s chemickým složením.“
„Ale moje fotky jsou barevné a tvoje jen černobílé!“
Elektronový mikroskopik pokrčil rameny a otevřel snímek v softwaru pro umělé přibarvování.
Optik se zašklebil, jako by polkl pelyňkové pylové zrno.
Závěrečná poznámka:
Obrázek pelyňku v optickém mikroskopu,
pylové zrno břízy v elektronovém mikroskopu,
a pylové zrno v elektronovém mikroskopu, obarvené.
Myslím, že obrázky jsou nad slova.
Vraťme se k transmisním elektronovým mikroskopům. Jsou to ty starší (takový si pořídil i prof. Herčík z prvního dílu seriálu) a schopné zobrazit menší detaily – nyní dokáží zobrazit řádky atomů. A když nerozliší na přímém snímku strukturu vzorku, mají v záloze ještě jeden trik.
Tajemství mikrosouhvězdí
napsáno na téma Záhada vesmíru
V elektronové mikroskopii místo makrokosmu zkoumáme mikrokosmos. Takže: Jak co nejlépe do hlubin hmoty, co tam lze spatřit a jak to interpretovat?
Drabble:
Vzorek v transmisním elektronovém mikroskopu prostřelují velmi rychlé elektrony.
Mikroskopik dychtivě ostří na fluorescenční stínítko. TEM má kameru a automatiku, ale on je ze staré školy a věří raději svým očím. Ano, nejspíš tam kubická, plošně centrovaná struktura je, ale je dobré si to ověřit.
Posouvá s mezičočkou. Doteď fungovala jako v normálním mikroskopu, zobrazovala obraz získaný první čočkou na stínítko. Přeostří na ohniskovou rovinu. Uvidí difrakci na vzorku, souhvězdí, jehož tvar už si dávno vyhledal v atlasech. Úplně se neshoduje.
Mikroskopikova ruka jemňounce naklápí vzorek. Souhvězdí se mění, až splyne s očekávaným. Přeměří vzdálenosti bodů a spokojeně začíná snímkovat.
Závěrečná poznámka:
Nejprve se podívejte na obr.1 v odkazu https://www.nature.com/articles/s41598-017-08302-5. Struktura vespod, s měřítkem, je to, co mikroskopik vidí při zaostření, ve čtverečku je difrakční obrazec, který vytvořil potom – přeostřením mezičočky na ohniskovou rovinu první čočky. To černé uprostřed něho je fluorescenční stínítko, které odklání obraz do okulárů pro mikroskopika, zbytek difrakce fotí kamera.
Na difrakcích je kouzelné to, že čím je struktura sledovaného vzorku menší, tím je difrakční obrazec širší, a jeho tvar je dán tím, jaká je struktura vzorku. Proto ho lze používat k identifikaci struktury vzorku, která je tak malá, že ji nejde pozorovat přímo.
Text o tom, jak se difraktogramy identifikují:
http://tydenvedy.fjfi.cvut.cz/2005/cd/prispevky/sbpdf/difrel.pdf
http://tydenvedy.fjfi.cvut.cz/2008/cd/prispevky/sbpdf/difrel.pdf
a jeden prestižní o tom, kam až lze s touto metodou dojít
https://www.nature.com/articles/s41598-017-08302-5.
V roce 2017 byla udělena Nobelova cena trojici badatelů v oblasti transmisní elektronové mikroskopie, přesněji kryomikroskopie (pracuje se zmraženými vzorky).
Šest očí vidí trojrozměrně, ostře a do detailů
napsáno na téma Mezi šesti očima
Ocenění: 2017, ukončení práce: on vědec nemá hotovo nikdy, ale nevím, zda zde lze ještě vůbec něco vylepšit.
Drabble:
Tři muži, jeden projekt. Tři hlavy, šest rukou. Šest očí bedlivě zkoumá výsledky – trojrozměrnou vizualizaci molekul na povrchu viru s rozlišením na jednotlivé atomy.
Tři muži, kteří se postavili všem „ono to nejde“.
Transmisní elektronový mikroskop nelze použít na biologické vzorky, ve vakuu by popraskaly.
Skryli je do obálky z ledu.
Přišli o detaily zobrazení.
Vylepšili rozlišení mikroskopu. Stvořili led průhledný jako sklo.
Možnost otáčet mikroskopovací síťkou je minimální.
Každá molekula zamrzla v jiné poloze. Stačí složit všechny jejich obrazy v jednu trojrozměrnou vizualizaci.
…
Považují se spíše za biology a fyziky. Ale i Nobelova cena za chemii je naplňuje uspokojením.
Závěrečná poznámka:
Jacques Dubochet, Joachim Frank a Richard Henderson získali Nobelovu cenu za chemii 2017 za rozvoj efektivní metody pro generování trojrozměrných obrazů živých molekul. Pomocí kryo-elektronové mikroskopie mohou vědci nyní zmrazit biomolekuly uprostřed pohybu či reakce a zobrazit je v atomovém rozlišení. Tato technologie zavedla biochemii do nové éry.
Čerpala jsem z https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/popular-chemistryprize2017.pdf
Celé to považuji za malý zázrak – propojení špičkové technologie mikroskopování, vymyšlení zmrazovací metodiky – led musí vzniknout tak rychle, aby byl amorfní a nestačil zkrystalizovat (vitrifikovaná fáze) – a perfektního, na software a procesor náročného poskládání 3D obrazu z neuvěřitelného množství snímků jednotlivých molekul.
Konec drabblete je parafrází nobelovského proslovu jednoho z oceněných.
A příště: Skenovací elektronové mikroskopy a průšvih jako Brno.
I napodruhé jsem si drabblata přečetla s velkou chutí. Vážně dokážeš přivádět laiky do světa vědy tak, že mají pocit, že tomu dokonale rozumí. To je dar.
Díky moc, Katty.
JJ, moc pěkné, dík.
Před týdnem jsem si povídala s kamarádem mé dcery ještě o nějaké jiné verzi mikroskopování, zaboha si nejsem schopná vzpomnět si, jak se to jmenuje, první písmena jsou snad AF a dál fakt nevím. Nenapadá tě něco?
Dcera má úžasné kamarády, jsou to většinou ajťáci, biochemici nebo fyzikální chemici, jsou bezvadní a je s nimi legrace. Je fajn, že nás, staroušky (50+), vzali mezi sebe a baví se s námi.
Aido, taky děkuji. Není to mikroskopie atomové síly, Atomic Force Microscopy? Hodně zjednodušeně – hrot se pohybuje nad vzorkem např. tak, aby mezi ním a vzorkem bylo pořád stejné napětí, tím pádem kopíruje povrch vzorku, takže dokáže zobrazit jeho výškový profil?
Staroušky? Jaké staroušky? Jak má napsáno jedna naše paní účetní nad stolem, mám třicet a pár desítek let zkušeností k tomu. Ty snad stejně, ne? 🙂
Jo, to asi bude ono, ale přesně nevím, on nám to ten dceřin kamarád před týdnem vysvětloval (když jsme je pozvali k nám na zahradu na grilování), zkoumají pomocí mikroskopu účinek nějakých látek na buňky.
Jo a btw., naše dcera už asi rok na zkrácený úvazek pracuje v AV ČR, v Botanickém ústavu, no a hádejte, co má na starost? Sbírku pylů.
Dělá nějakou novou katalogizaci jejich sbírek.
To zní naprosto úžasně, to by mě taky bavilo, kdybych tomu ovšem pořádně rozuměla.
JJ, jako už v dubnu, i teď jsem si tvé drabblíky s radostí přečetla. Víš dobře, že fyzika není má silná stránka, ale ty to umíš podat tak krásně, že i my laici máme pocit, že tomu rozumíme 🙂 a to je prostě super.
Těším se na další tvoje drabble, a doufám, že i třeba na něco většího…
Díky moc, Toro. Drabble ještě budou, něco jiného – uvidíme.
Perfektni popularizace elektronove mikroskopie, diky 🙂
Priprava folii pro transmisni elektronovou mikroskopii (TEM) je superjemna prace. Kdysi pred temer triceti lety jsem to na Taiwanu na univerzite zkousel, ale na Cinany jsem nemel ani nahodou. Dnesni iontove bombardovacky uz hodne ulehcuji, ale stejne je v tom udelani folie potreba kus talentu a velka davka trpelivosti. Vysledek ale stoji zato, treba kdyz vidite serazene atomove roviny nebo precipitat obsahujici par stovek atomu obklopeny matrici s jinou krystalickou strukturou. Rastrovaci (skenovaci) mikroskop (SEM) je zase v materialovem vyzkumu nebo ve stanovovani pricin lomu soucastek nastroem jemne detektivni prace, zvlast kdyz jsou k dispozici analyzatory umoznujici stanovit chemicke slozeni povrchovzch vrstev. Pak koukate na lomovou plochu se stopami po opakovanem malem namahani a az treba pritomnost atomu chloru vam prijde divna – o zadne vode nebo chloru v ni v prostredi, kde lom vznikl nevite. Tam byl prece jenom inertni argon! Tak jdete po argonu a zjistite, ze v lahvi nebyl az tak cisty jak byt mel… a zahada je vyresena – korozmi unava jako z ucebnice 🙂
Jeste jednou diky za popularizaci elektronovych technologii a tim take fyziky, chemie, biologie, geologie, ….. a hlavne mysleni 🙂
Díky, chvály od odborníka si moc vážím. 🙂
Máš naprosto pravdu, tady platí, že člověk s úkoly roste – teď jsem si prohlížela nějaké své snímky ze začátků a říkala jsem si, že dneska už bych to zvládla mnohem líp.
S tou detektivkou na SEMu mám taky pěknou historku – našli jsme v materiálu prvek, který tam podle normy vůbec neměl být. První dotaz byl na mne – nepleteš se? Ověřila jsem třikrát a omyl vyloučila. Následoval telefonát výrobci – máte v tom ten prvek? Ne, přece tam podle norem nesmí být! Ale my tu máme analýzu a ta řiká… No dobře, tak interně mezi námi – my jsme ho tam našli taky. 🙂
Ja dekuji za oznaceni za odbornika, ale to uz par let (peknych par let 😉 ) by bylo nefer oznaceni vuci kolegum, kteri maji mikroskopy a materialovy vyzkum jako denni chleb svuj 🙂
Je skvele mit tento mastroj, protoze cloveka vzdy privede k tvrdym datum, ktere nikdo neokeca …
To se nezapomíná 🙂 .
To jsou ale krasna drabblata. A ty obrazky v odkazech!
Minuly rok jsem byla s detmi na dni vedy v drazdanskem Max Planckove ustavu. Soucasti byla i komentovana prohlidka podzemi, kde jsou umistene obrovske mikroskopy a jejich zazemi. Mrazili jsme jahody, rezali vzorky na nanoplatky a ty sbirali kocicim chlupem. U mikroskopu se pak dalo vydrzet cely vecer, ani to nemusely byt ty drahe podzemni.
Prijde mi vzdycky uzasne, ze tomuhle vsemu nekdo ROZUMI! (y)
Tak me napada, ze drabble je taky takovy pohled do mikroskopu. Vezmes tema, zmrazis v case, oriznes a nechas nas kouknout :).
Evo, tos napsala moc pěkně – to si JJ muže napsat na DMD do záhlaví 🙂
Asi to udělám. 🙂
Díky moc, Evo. Řezání na mikrotonu jsem si jednou taky zkoušela a jakž takž mi to šlo. A na sbírání jsme použili lidskou řasu, do špejle zasazenou. To ale musel být skvělý zážitek, hned bych se tam šla taky podívat!
http://www.wissenschaftsnacht-dresden.de/
Neni problem 🙂
To jsou zajímavé věci. A ty fotky pylového zrna! Výborně. Mám doma pověšený tvůj Matterhorn, který jsem vydražila a pořád mne okouzluje – tak si říkám, že by nebylo špatné zase dát do Akce nějakou tu fotku z mikrosvěta – třebas i barevnou?! (nod)
Díky moc, Ygo, za Matterhorn taky. Uvidíme – třeba budu mít zas něco pěkného s malou vědeckou cenou. 🙂
Pekne drabble, ale ten barevny obrazek pyloveho zrna je uplne jiny nez ten cernobily. Vloudila se chybicka?
Dobrý postřeh. Není to pylové zrno stejného druhu. Ono najít dva stejné, volně přístupné obrázky, jeden obarvený a druhý ne, není tak jednoduché. Jsou tam víceméně pro představu.
Milá Dede, děkuji moc za krásně vysázený text i s odkazy na obrázky. Je to takto mnohem přehlednější než ten zdrojový, co jsem ti poslala.
Když si tak čtu drabble poslední, přemýšlím, že by se tam měla slova „otáčet mikroskopovací síťkou“ nahradit slovy „naklápět mikroskopovací síťku“. Preparát je zachycen na síťce, která je kruhového tvaru a je umístěna vodorovně. Není takový problém s ní točit kolem svislé osy jako naklápět ji vůči vodorovné rovině – proto použili jmenovaní vědci možnost složit obraz z mnoha různě natočených molekul na síťce. No co už, v dubnu jsem to přehlédla a teď skoro taky.
Přeji všem hezký den.
O nic nejde, bavila jsem se 🙂 Je to ohromně zajímavé a díky za analogie s optickými mikroskopy. Člověk si to hned lépe představí. Jinak naprosto úžasné je to s tím použitím ledu na biologické vzorky! To je prostě ukázka brilantního myšlení, což mě naplňuje respektem – ti chlapi byli skvělí.
Jo a ty obrázky pylu nemají chybu. Mnoho z nich by se dalo vytisknout a zarámovat jako moderní umění 🙂
Díky moc za velmi příjemnou cestu k poučení (inlove)
I tak moc děkuji.
Kryomikroskopie je fascinující. Máme u nás v republice skvělé odborníky v oboru a když občas nakouknu, co nového (nestíhám to sledovat pravidelně), nestačím se divit.
Asi nejhezčí je rychlé mražení – vzorek se dá do speciálního pouzdra a rychlostí projektilu se prostřelí prostorem, ve kterém jsou páry tekutého dusíku. Než stačíš mrknout, je ze startu v cíli. Když jsem to viděla, zírala jsem. Pak jsem si spočítala rychlost a zrychlení při startu a dobržďování a žasla jsem nad lidským důmyslem znovu.
Tady jasně vidíte, že mám pravdu, když říkám: Neříkej, že to nejde, řekni, že to neumíš, nebo umět nechceš! Kdysi dávno jsem vlastnil knihu autorů Jírovec, Bouček, Fiala život pod drobnohledem. To bylo v době, kdy se fotilo převážně na čb film, protože barevný proces negativ/pozitiv byl velmi nákladný a s minimální výtěžností a barevná inverze byla vzácné a nedostatkové zboží a elektronové mikroskopy uměly jen pokovené preparáty. Dnes by takováto kniha vypadala úplně jinak. Klobouk dolů a hluboký k zemi sklon před každým, kdo se nechce smířit s: tohle nejde. Protože když se chce a umí, tak jde všechno.
Máš naprosto pravdu – většinou člověk bojuje s tím, že to neumí a musí se to naučit sám anebo s pomocí zkušenějších. Po té knížce se podívám, díky za tip.
(Mimochodem, staré kontra nové – dneska dorazil nový detektor, STEM – takový TEM do SEMu. Vzpomněla jsem si, že mám od jednoho pana profesora mřížky do TEMu, snad dobrých čtyřicet let staré. No a – pasovaly tam a fungovaly!)
Když jsem v r. 1995 změnil firmu, tak první, co jsem vyfasoval, byl, tedy černobílý, notebook a štos dokumentace k zařízení, které jsem měl opečovávat; do onoho momentu jsem byl totální počítačový negramot. Během půl dne jsem papíry prostudoval, (text byl v angličtině, takže písmenka jsem totálně vynechal a soustředil se na obrázky), kolega mi ukázal, jak se notebook spouští a druhý den jsem vyrazil do terénu na servisní zásah. Měl jsem na starosti komunikaci, (telefonní), mezi kompresními stanicemi Transgasu; první byl na hranici se Slovenskem v Hruškách, poslední v Rozvadově a všechno to bylo propojené zesilovaným dvoudrátovým vedením, takže se muselo měřit, z čehož měli ostatní kolegové, zvyklí servisovat digitální ústředny pomocí počítačů z kanceláří, panickou hrůzu a pak nastavovat parametry u jednotlivých poboček, což znamenalo na kompresku přijet, notebook připojit kablíkem k zařízení na místě a nastavovat, co si zákazník přál. No, první týden jsem měl celkem honičku, pak se to celé srovnalo, usadilo a firma platila paušál za to, že to funguje; dalších X let nebyl žádný servisní zásah potřebný. Pak mi přibylo ještě Čepro a metro C. Měl jsem toho na triku víc, než kdokoli jiný, ale práce, po zprovoznění a doladění, žádná. Takže jsem vypomáhal s opravami zdrojů pro ústředny, což bylo podobné; zdroj, bouchlý po bouřce, jsem rozebral, vyměnil několik součástek za jiné, silnější, zdroj složil, nastavil, vrátil do skladu a věděl jsem, že už se mi na stole znovu neobjeví.