Utazás a mikrovilágba – fotókiállítás

Különleges fotókiállítás a Magyar Természettudományi Múzeumban a minket körülvevő mikroszkopikus világról.

Felnagyított részletek állatokról, növényekről, kövületekről, technikai tárgyakról úgy, ahogyan emberi szemmel sosem tapasztalhatnánk meg. Az ELTE TTK oktatói és kutatói az elektronmikroszkópok által feltárt varázslatos világba engednek betekintést az Utazás a Mikrovilágba című fotókiállításon, melynek a Magyar Természettudományi Múzeum ad otthont 2019. június 18-ától augusztus 20-áig. Olyan különleges mintákat láthatunk, amelyek egyaránt izgalmasak a természet iránt érdeklődő laikus közönség és a kutatók számára is.

Szemünk csodálatos felbontással képezi le a világot számunkra, azonban érzékelésünk határai korlátozottak. A minél kisebb tárgyak felismeréséhez és megfigyeléséhez már az 1590-es években szemüvegkészítő mesterek feltalálták az első optikai mikroszkópot, amely egy teljesen új világot nyitott meg számunkra.

Az új eszköznek köszönhetően feltárult előttünk a világ egy eddig ismeretlen mélysége. Olyan apró tárgyak, élőlények, finom részletek váltak megfigyelhetővé, melyeket azelőtt elképzelni sem tudtunk. Az eltelt négy évszázadban a mikroszkópok számtalan felfedezést tettek lehetővé és a mai napig a tudományos kutatás nélkülözhetetlen eszközei.

Az elektronmikroszkópia felhasználása rendkívül széles körű. Transzmissziós elektronmikroszkópot jellemzően a biológiában és az orvostudományban használnak szövetek leképezéséhez, de a legnagyobb felbontást igénylő anyagtudomány is ilyet használ. A pásztázó készülékek még sokoldalúbbak. A képalkotáson túl a mintából kilépő röntgensugárzás lehetővé teszi a minta kémiai összetételének meghatározását akár mikrométeres felbontással. Így különösen hasznos anyagtudományi, anyagmérnöki, geológia kutatások során. Elektronikai és egyéb alkatrészeket gyártó cégek minőségbiztosítási laboratóriumaiban is gyakran találunk ilyen eszközt. A rendőrség kriminológia laboratóriuma számára is nélkülözhetetlen eszköz, például lőpornyomok azonosításához.

Az optikai mikroszkópia története dióhéjban

Az első eredményeket követően a kutatók a mikroszkóp optikájának tökéletesítésével próbálták meg a felbontást növelni. Az 1850-es években azonban Ernst Abbe bebizonyította, hogy az optikai mikroszkóp felbontóképességét a látható fény hullámhossza korlátozza, azaz a felbontóképesség határát nem a technikai korlátok, hanem a fizika törvényei szabják meg. Abbe képletéből adódott, hogy a felbontás növelése érdekében a látható fénynél rövidebb hullámhosszú (pl. ultraibolya) fényt kellene használni, azonban ennek megvalósításához már ismét a technika szabta a korlátokat.

Az áttörést Loius de Brogie doktori disszertációja hozta, mely rámutatott arra, hogy a vákuumban felgyorsított elektronok a fényhez hasonlóan hullámtermészettel rendelkeznek és a hullámhossz a gyorsítófeszültségtől függően változik. Az elektronsugár fókuszálásához szükséges elektromágneses lencse ötletét végül Hans Busch publikálta 1926-ban.

Mindezen előzmények ismeretében Szilárd Leó már 1928-ban bíztatta Buscht egy elektronmikroszkóp megépítésére. Az elektronmikroszkóp működését demonstráló berendezést – az első négyszázszoros nagyítású prototípust – végül Ernst Ruska német fizikus mutatta be 1931-ben. 1933-ban ő építette meg azt az elektronmikroszkópot is, amely már a fénymikroszkóppal elérhető nagyításnál nagyobb nagyításra volt képes. Ruska 1986-ban Nobel-díjat kapott az elektronmikroszkóp feltalálásért.

Ez az első elektronmikroszkóp felépítésében még nagyban hasonlított az optikai mikroszkópokhoz. A fényforrást helyett egy elektronforrás „világította” át a minta vékony metszetét, a sugarat üveg lencsék helyett elektromágneses lencsékkel fókuszálták, a nagyított képet pedig egy fluoreszkáló ernyőre képezték le. Ennek a konstrukciónak egyik nagy hátránya az volt, hogy az elektronsugárral csak egy nagyon vékony mintát lehetett átvilágítani, ezt a megfelelő mintát is nehézkes volt előállítani és akármit nem is lehetett vizsgálat alá vetni.

Vladimir Zworykin és társai, a televíziós technológia úttörői voltak az elsők, akik pásztázó tekercset építettek egy elektronmikroszkópba, a fókuszált elektronsugárral a szilárd minta felületét pontról pontra végigpásztázták, a visszaverődő elektronokat detektálták, végül a képet a TV-hez hasonlóan egy katódsugárcsöves képernyőn jelenítették meg. Készülékük 50 nm felbontásra volt képes.

Az optikai mikroszkópia alkalmazásának komoly korlátja a nagy nagyítás mellett fellépő alacsony mélységélesség, ami a gyakorlatban azt jelenti, hogy csak a fókuszban lévő részlet lesz éles, ezen kívül homályos képet kapunk. A pásztázó elektronmikroszkópok jóval nagyobb nagyítás mellett is nagy mélységélességű képet adnak, ezt jól szemléltetik a kiállításon bemutatott képek is.

A kiállítás belépődíja 800 Ft, de megtekinthető a múzeum bármely más belépőjegyével is (a Dinókert kivételével).

A kiállítás megszervezést és finanszírozását az Auro-Science Consulting Kft. a Thermo (korábbi FEI) elektronmikroszkóp gyártó hazai képviselete vállalta.