من اخترع المجهر الإلكتروني؟ وتاريخ المجهر الالكتروني ومزاياه وعيوبه

تاريخ العلم والتكنولوجيا مليء بالشخصيات البارزة التي أحدثت تغييرًا جذريًا في مجالات مختلفة، وإحدى هذه الشخصيات الرائدة التي أحدثت ثورة في علم الأحياء والتكنولوجيا هو مخترع المجهر الإلكتروني، إنه الفهم الجديد للمجهر، الذي لطالما كان مرتبطًا بالعين المجرّدة، تابع القراءة مع مفاهيم لتعرف من اخترع المجهر الإلكتروني وجعل رؤية العالم على نطاق أصغر واقعاً ممكن.

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

جدول المحتويات

• تاريخ المجهر الإلكتروني
• من اخترع المجهر الإلكتروني؟
• ما هي انواع المجهر الالكتروني؟
• مزايا المجهر الالكتروني
• عيوب المجهر الإلكتروني
• ما الكائنات التي يستخدم المجهر الالكتروني لدراستها؟
  • الموصلات والشرائح الإلكترونية
  • العلوم الحيوية
  • المواد النانوية
  • المواد البلورية والمعادن
  • المواد البوليمرية
  • العينات الجيولوجية
  • المواد المعدنية والمعدنية

تاريخ المجهر الإلكتروني

قبل أن نخوض في من اخترع المجهر الإلكتروني، كيف كانت الفترة الزمنية التي أتى فيها هذا الاختراع وكيف كانت بدايته؟:

• أصول المجهر الإلكتروني تعود إلى القرن العشرين، عندما انطلقت أولى خطوات تطوير العدسات الكهرومغناطيسية. كان هذا التقدم البسيط هو نقطة البداية للمغامرة العلمية التي أفضت إلى ابتكار المجهر الإلكتروني، الذي غيّر وجه العلم والتكنولوجيا بشكل لا يمكن تجاهله. من خلال فتح هذا الباب، تم توجيه تركيز الباحثين نحو ابتكار مجهر يمكنه استكشاف تفاصيل العينات بأدقية لا مثيل لها.
• لقد أتاحت تلك المبادئ الجديدة للمجهر الإلكتروني فرصة تجاوز القيود المفروضة من قبل المجاهر الضوئية، التي كانت هي الوحيدة المتاحة في ذلك الوقت. بفضل هذا التقدم، استطاع العلماء استغلال مفهوم العدسة لتطوير مجهر يستخدم الإلكترونات بدلاً من الضوء في إنتاج صور دقيقة وواضحة.
• المصطلح "مجهر" يأتي من اللغة اليونانية، حيث ترجمة "ميكروس" (mikros) تعني "صغير"، و"سكوبيو" (skopeo) تعني "أنظر". هذا المصطلح يعكس الفضول الدائم للإنسان نحو استكشاف التفاصيل الدقيقة للعالم من حوله، وقد شهد تطورًا مستمرًا عبر تاريخ العلم.

من اخترع المجهر الإلكتروني؟

مخترع المجهر الإلكتروني هو إرنست روسكا (Ernst Ruska)

• ولد في 25 ديسمبر 1906 وتوفي في 27 مايو 1988. كان روسكا عالم فيزياء ألماني وهو واحد من العلماء الذين ساهموا بشكل كبير في تطوير التكنولوجيا الإلكترونية وعلم الميكروسكوب الإلكتروني. في عام 1931، عمل روسكا مع ماكس كنست في تطوير المجهر الإلكتروني، وقدموا معاً أسس هذه التكنولوجيا الهامة.
• ولد إرنست روسكا في مدينة هايدلبرغ في ألمانيا. بدأ تعليمه الجامعي في جامعة ميونيخ التقنية من عام 1925 إلى 1927، ثم انتقل إلى جامعة برلين التقنية. كان لديه فكرة مبتكرة حيث اعتقد أنه يمكن استخدام الإلكترونات بدلاً من الضوء للحصول على تكبير أعلى دقة. في تلك الفترة، كانت التكبيرات الممكنة محدودة بواسطة أطوال الموجة للضوء.
• في عام 1931، قام روسكا بإثبات فكرته بشكل عملي من خلال استخدام ملف مغناطيسي كعدسة إلكترونية، وبنى مع زملائه أول مجهر إلكتروني في عام 1933. بعد حصوله على درجة الدكتوراه في عام 1933، عمل في مجال البصريات الإلكترونية في شركات مثل Fernseh AG وSiemens-Reiniger-Werke AG.
• في شركة سيمنز، ساهم في تطوير أول مجهر إلكتروني تجاري في عام 1939. ولكن بالإضافة إلى عمله في الصناعة، كان لديه إسهامات مستمرة في البحث العلمي. أثناء فترة وجوده في سيمنز، شجع على تأسيس مختبر للباحثين الزائرين وساهم في تطوير تطبيقات المجهر الإلكتروني في مجالات مثل الطب والبيولوجيا.
• في عام 1955، غادر سيمنز وتولى إدارة معهد الفحص المجهري الإلكتروني التابع لمعهد فريتز هابر حتى عام 1974. واستمر في العمل كأستاذ جامعي وباحث. حصل على جائزة لاسكر في عام 1960، وفي عام 1986 حصل على نصف جائزة نوبل في الفيزياء عن إسهاماته في البصريات الإلكترونية، وذلك بالتزامن مع فوز Gerd Binnig وHeinrich Rohrer بجائزة نوبل عن تصميمهما للمجهر النفقي الماسح. توفي إرنست روسكا في برلين الغربية في عام 1988.

ما هي انواع المجهر الالكتروني؟

بعد التعرف على من اخترع المجهر الإلكتروني، لنُلقي نظرة على أنواع المجاهر الإلكترونية، ومن أبرز هذه الأنواع:

• مجهر الانتقال الإلكتروني (TEM): يستخدم هذا المجهر شعاعًا من الإلكترونات المارة من خلال العينة المراد دراستها. يعطي هذا المجهر صورًا عالية الدقة للهياكل الصغيرة جدًا ويمكن استخدامه في دراسة تفاصيل الخلايا والجزيئات.
• مجهر الانتقال الإلكتروني الرقمي (STEM): يشبه TEM ولكنه يتيح أيضًا إجراء تصوير عالي الدقة وتحليل مسار الإلكترونات المارة من خلال العينة.
• مجهر المسح الإلكتروني (SEM): يستخدم هذا المجهر شعاعًا من الإلكترونات لتسليط الضوء على سطح العينة وقياس الإشارات المنبعثة. يعطي SEM صورًا ثلاثية الأبعاد للعينة ويمكن استخدامه لدراسة الأسطح والتفاصيل الدقيقة.
• مجهر المسح الإلكتروني بالمسح الأنبوبي (ESB): يستخدم هذا المجهر شعاعًا من الإلكترونات لإنشاء صور عالية الدقة للأسطح بطريقة غير تداخلية. يمكن استخدامه لدراسة تفاصيل الأسطح والهياكل السطحية.
• مجهر المجال الأحادي (STM): يتيح هذا المجهر رصد وتصوير الذرات والجزيئات على سطح المواد بواسطة استخدام إبرة حادة جدًا وقياس التيار الكهربائي بين الإبرة والسطح.

مزايا المجهر الالكتروني

المجهر الإلكتروني له العديد من المزايا الرئيسية. وتشمل التالي:

التكبير والدقة الأعلى

• نظرًا لاستخدام الإلكترونات بدلاً من موجات الضوء، يمكن استخدام المجهر الإلكتروني لرؤية وتحليل الهياكل الدقيقة التي لا يمكن رؤيتها بواسطة المجاهر البصرية التقليدية. دقة الصور المحققة بواسطة المجهر الإلكتروني تصل إلى 0.2 نانومتر، وهذا يعني أنه يمكن رؤية التفاصيل الدقيقة بـ 1000 مرة أكثر من المجاهر البصرية.

تطبيقات متنوعة

• يمتلك المجهر الإلكتروني مجموعة واسعة من التطبيقات في مختلف المجالات البحثية والصناعية. يمكن استخدامه في فحص وتحليل أشباه الموصلات وصنع الشرائح الإلكترونية، ومراقبة جودة المواد وضمانها، وتحليل الهياكل الذرية والمواد، وتطوير الأدوية والبيولوجيا الجزيئية، والكثير من التطبيقات الأخرى.

صور عالية الجودة

• بفضل تقنيات التحسين والتصوير المتقدمة، يمكن لمشغل المجهر الإلكتروني إنتاج صور عالية الجودة للهياكل المختلفة. هذه الصور تظهر التفاصيل الدقيقة والمعقدة بوضوح، مما يساعد في فهم أفضل للهياكل والعمليات على المستوى الدقيق.

عيوب المجهر الإلكتروني

بالرغم من المزايا الكبيرة التي يقدمها المجهر الإلكتروني، إلا أنه يترتب عليه أيضًا بعض العيوب والتحديات. ومن بينها:

عدم القدرة على تحليل العينات الحية

• نظرًا لأن الإلكترونات تتفاعل بسهولة مع الجزيئات الأخرى في الهواء، يجب أن تتم معالجة العينات وتحليلها في بيئة خالية من الهواء أو في الفراغ. هذا يعني أن المجهر الإلكتروني لا يمكن استخدامه لدراسة العينات الحية، مما يقلل من فعاليته في مجالات البيولوجيا والأبحاث الحية.

الصور بالأبيض والأسود

• المجهر الإلكتروني ينتج صورًا بالأبيض والأسود فقط، وبالتالي يتطلب تحويل الصور إلى ألوان اصطناعية إذا كان ذلك مطلوبًا. هذا يعني أنه يمكن أن يفتقد إلى القدرة على تمييز بين العناصر بناءً على الألوان الطبيعية.

المصنوعات اليدوية

• قد تظهر المصنوعات اليدوية في الصورة المنتجة بواسطة المجهر الإلكتروني، وهذا يمكن أن يكون مصدرًا للتشويش على الصور ويتطلب معرفة متخصصة بتقنيات إعداد العينة لتجنبه.

التكلفة الباهظة

• المجهر الإلكتروني هو جهاز باهظ التكلفة للغاية. قد تكون تكاليف الشراء والصيانة والتشغيل مكلفة للمؤسسات والباحثين. هذا يمكن أن يكون عاملًا محوريًا ليقتصر استخدام المجهر الإلكتروني على مختبرات محددة.

الحجم

• المجهر الإلكتروني يتطلب مساحة كبيرة في المختبر ويمكن أن يتداخل مع معدات أخرى في المختبر بسبب حساسيته العالية. هذا يمكن أن يكون مشكلة في المختبرات ذات المساحات المحدودة.

التدريب

• تشغيل المجاهر الإلكترونية يتطلب تدريبًا متخصصًا ومهارات فنية عالية، ويمكن أن يستغرق وقتًا طويلاً لتطوير هذه المهارات. هذا يجعله غير متاح بسهولة للأفراد غير المدربين.

ما الكائنات التي يستخدم المجهر الالكتروني لدراستها؟

من اخترع المجهر الإلكتروني حرص على دراسة مجموعة واسعة من الكائنات والمواد على مستوى صغير جدًا. إليك بعض الأمثلة على الكائنات والمواد التي يمكن دراستها باستخدام المجهر الإلكتروني:

الموصلات والشرائح الإلكترونية

• يُستخدم المجهر الإلكتروني لدراسة هياكل الموصلات والشرائح الإلكترونية على مستوى الدقة الذرية. يمكن تحليل تركيب الشبكة البلورية والعيوب الميكروسكوبية وتحديد الأماكن الدقيقة للتفاعلات والتغيرات في الخصائص الإلكترونية.

العلوم الحيوية

• يُستخدم المجهر الإلكتروني في دراسة العينات البيولوجية على مستوى الأعضاء الخلوية والخلايا والأنسجة. يمكن رؤية التفاصيل الدقيقة لهياكل الخلايا والبروتينات والحمض النووي، ويساهم في فهم الأمراض وعمليات التفاعلات البيولوجية.

المواد النانوية

• يُستخدم المجهر الإلكتروني لدراسة المواد النانوية والهياكل النانوية التي تكون على مستوى نانومتري. يمكن رؤية الجسيمات والهياكل النانوية والتفاصيل الدقيقة للمواد النانوية المختلفة.

المواد البلورية والمعادن

• يمكن استخدام المجهر الإلكتروني لدراسة هياكل المواد البلورية والمعادن على مستوى الذرات والشبكة البلورية. يُظهر هذا النوع من المجهر التفاصيل الدقيقة لترتيب الذرات والعيوب الشبكية.

المواد البوليمرية

• يُستخدم المجهر الإلكتروني لفحص وتحليل المواد البوليمرية وهياكلها على مستوى ميكروسكوبي، ويمكن تحليل ترتيب السلاسل البوليمرية والخصائص الميكانيكية والكيميائية.

العينات الجيولوجية

• يمكن استخدام المجهر الإلكتروني لدراسة الصخور والمعادن والمعادن الثمينة والمواد الجيولوجية الأخرى على مستوى دقيق.

المواد المعدنية والمعدنية

• يمكن دراسة المواد المعدنية والمعدنية مثل المعادن والسبائك والبلورات والمواد المغناطيسية باستخدام المجهر الإلكتروني.