กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน คืออะไร มีจุดเด่นอะไรบ้าง มีกี่ประเภท?

ในแวดวงวิทยาศาสตร์ การศึกษา การวิจัยและพัฒนา สิ่งหนึ่งที่สำคัญอย่างมากที่จำเป็นที่สุดสำหรับการศึกษานั่นก็คือเครื่องมือ ซึ่งเครื่องมือที่ว่านี้ก็มีหลากหลายอย่างขึ้นอยู่กับสิ่งที่กำลังศึกษา สำหรับการศึกษาโครงสร้างภายใน องค์ประกอบของเซลล์ต่าง ๆ เครื่องมือหนึ่งที่สำคัญอย่างมากนั่นก็คือ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน กล้องที่ว่านี้คืออะไร มีระบบการทำงานอย่างไรบ้าง มีจุดเด่นอะไร แล้วมีกี่ประเภท? เรา Hong Kong NTI ผู้ให้บริการเครื่องมือวัดระดับไมโคร-นาโนประสบการณ์ความชำนาญกว่า 15 ปี จะมาอธิบายให้เข้าใจง่าย ๆ ดังนี้

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (Electron Microscope) คืออะไร?

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน มีกี่ประเภท?

1. กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (Transmission Electron Microscope: TEM)

2. กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (Scanning Electron Microscope: SEM)

3. กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดชนิดฟิล์อีมิสชั่น (Field Emission Scanning Electron Microscope: FESEM)

กล้องจุลทรรศร์อิเล็กตรอน FESEM เป็นกล้องจุลทรรศน์ที่การพัฒนาต่อยอดจาก SEM โดยใช้แหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนแบบสนามไฟฟ้า (Field emission) ที่ให้ลำอิเล็กตรอนที่มีพลังงานคงที่และมีความสว่างที่สูงมากกว่า ทำให้ได้ภาพที่มีความละเอียดสูงถึง 0.5-1 นาโนเมตร และสามารถทำงานที่แรงดันต่ำได้ ซึ่งเหมาะสำหรับตัวอย่างที่ไม่นำไฟฟ้าและตัวอย่างที่ไวต่อลำอิเล็กตรอน

จุดเด่นของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ที่มากกว่ากล้องประเภทอื่น

• มีกำลังขยายและความละเอียดของภาพที่สูงกว่า เทียบกับกล้องจุลทรรศน์แบบแสงที่ขยายได้ 1,000-2,000 เท่า
• สามารถมองโครงสร้างที่ละเอียดได้ถึงระดับอะตอม
• สามารถให้ภาพได้หลากหลาย อย่างกล้อง TEM จะให้โครงสร้างของภาพแบบ 2 มิติ ส่วนกล้อง SEM จะให้โครงสร้างภาพแบบ 3 มิติ
• กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสมัยใหม่มักมีระบบวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีแบบ EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) หรือ WDS (Wavelength Dispersive X-ray Spectroscopy)
• ให้ความลึกของการโฟกัส (Depth of field) ที่สูงกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบแสงทั่วไป
• กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสามารถให้ข้อมูลเชิงปริมาณได้หลากหลาย เช่น ความหนาของชั้นวัสดุ ขนาดของอนุภาค ความหนาแน่นของรูพรุน หรือทิศทางของโครงสร้างผลึก

การถ่ายภาพเซลล์มะเร็งด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสามารถถ่ายภาพเซลล์มะเร็งได้ด้วยความละเอียดสูงมาก ซึ่งเป็นประโยชน์ในการตรวจวินิจฉัยและการวิจัยโรคมะเร็ง โดยมีคุณสมบัติสำคัญดังนี้:

1. สามารถแสดงรายละเอียดของโครงสร้างเซลล์มะเร็งในระดับที่กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงไม่สามารถแสดงได้
2. ช่วยให้มองเห็นความแตกต่างระหว่างเซลล์มะเร็งและเซลล์ปกติ จากการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างของออร์แกเนลล์ต่างๆ เช่น นิวเคลียส ไมโตคอนเดรีย และเยื่อหุ้มเซลล์
3. สามารถตรวจวัดการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็งในเนื้อเยื่อต่างๆ ได้อย่างละเอียด

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน หลักการทำงาน ทำงานอย่างไร?

หลักการทำงานของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน จะมีด้วยกันหลายขั้นตอน

1. การผลิตลำแสงอิเล็กตรอน ผ่านฟิลาเมนท์ทังสเตน (Tungsten filament) เป็นวิธีดั้งเดิมที่ใช้การให้ความร้อนแก่ลวดทังสเตนจนเกิดการปล่อยอิเล็กตรอน หรือแหล่งกำเนิดสนามไฟฟ้า (Field emission) ใช้สนามไฟฟ้าแรงสูงสกัดอิเล็กตรอนออกจากปลายโลหะแหลมคม ทำให้ได้ลำอิเล็กตรอนที่มีความสว่างสูงและพลังงานสม่ำเสมอ
2. การควบคุมและโฟกัสอิเล็กตรอน ผ่านเลนส์คอนเดนเซอร์ เลนส์วัตถุ และเลนส์ขยาย
   
3. การกระทบระหว่างอิเล็กตรอนกับตัวอย่าง เช่น อิเล็กตรอนทะลุผ่านในกล้อง TEM และอิเล็กตรอนทุติยภูมิ ในกล้อง SEM
4. การตรวจวัดและการสร้างภาพ ในกล้อง TEM จะเป็นแบบ 2 มิติ และกล้อง SEM จะเป็นแบบ 3 มิติ

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ใช้ศึกษาอะไร?

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน จะนำมาใช้ศึกษาในตัวอย่างที่มีความบางมาก ซึ่งสามารถใช้ศึกษาได้ในหลายงาน เช่น

• การศึกษาด้านวัสดุศาสตร์
• การวิจัยด้านนาโนเทคโนโลยี
• การศึกษาด้านชีววิทยา
  
• การศึกษาด้านการแพทย์
  
• การวิจัยด้านเภสัชศาสตร์
  
• อุตสาหกรรมเซารามิค
  
• อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์
  
• การศึกษาธรณีวิทยา
  
• การวิจัยด้านอาหาร การเกษตร

Hong Kong NTI ผู้ให้บริการกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดชนิดฟิลด์อีมิสชั่น FESEM