Сканирующая электронная микроскопия глаза мухи в искуственных цветах

Всем доброго времени суток. Хотелось бы поделиться одной, на мой взгляд, интересной картинкой, которую я сделал в одной из лабораторий нашего университета. Это глаз мухи, запечатленный в электронный микроскоп и затем переведенный в искусственный цвет. Чуть ниже я объясню вкратце, что такое сканирующая электронная микроскопия и как был получен этот снимок. Картинка большая, поэтому помещаю её под кат, оставляя тут только фрагмент.



Для начала, что такое SEM — Scanning Electron Microscopy. Если хотите почитать в деталях, то на русской Википедии достаточно неплохая статья на эту тему, в дополнение к этому было бы неплохо посмотреть и английскую статью. Но если вкратце, то Сканирующая Электронная Микроскопия, или, как наверное, было бы более правильно называть, Растровая Электронная Микроскопия вещь относительно простая. Сфокусированный электромагнитными линзами пучок электронов сканирует образец — точно так же как в древних ЭЛТ телевизорах сканировался экран, покрытый люминофором. Из-за высоких напряжений — (рабочие напряжения порядка 1-30 kV) электроны имеют высокую энергию, и, когда бомбардируют образец — там происходит много всего. Но самое главное — это две вещи: выбиваются вторичные электроны (secondary electrons) и отражаются те, которыми бомбардируешь — они называются обратно-отраженные (backscattered electrons). Вторичные электроны — это те, которые вихлялись в образце в зоне проводимости и выбить их было в общем-то делом нетрудным. Из-за того, что энергия их не так велика, а выбиваются они по всему объему, куда доходит пучок сканирующих электронов — из образца выбираются только те, что в приповерхностном слое. Отсюда — информация о топографии поверхности образца. Обратно-отраженные — имеют энергии повыше, и, как правило, их количество зависит от рассеиваюзих центров — чем тяжелее\больше ядро, тем лучше оно отражает. Поэтому обратно-отраженные электроны несут как в целом информацию о массовой контрастности материалов (не уверен, что это правильный русскоязычный термин). Другими словами, это Z-contrast, где Z — это атомный номер\масса ядра.

Так как энергии обратнорассеянных электронов больше, они выходят из всего объема, который находится под воздействием сканирующего пучка, давая меньшее разрешение, чем у вторичных электронов.

Затем все эти электроны собираются тем или иным детектором, который для каждой сканируемой точки дает информацию об интенсивности электронов. Само собой, что получаемое изображение — черно-белое.

Теперь вопрос — как можно разукрасить такое изображение? Конечно, можно вручную в фотошопе, как позволяет фантазия, или просто превратить изображение в цветной монохром, но есть и способы получше.

Эта фотография выше — на самом деле комбинация трех снимков. Эти снимки были сделаны при разных ускоряющих напряжениях — 10, 20, 30 kV. В таком случае рассеивающие и отражающие характеристики материалов немного разные. Т.е., комбинируя снимки, мы не только получаем данные о топографии, но и еще видим где у нас немного различные материалы — это не совсем Z-contrast, потому что одни и те же материалы в разных фазах могут давать разную картинку, но все же…

Далее все просто — каждый черно-белый снимок был использован как один из RGB каналов для создания цветного снимка. Если заметите — антенны у мухи при разном ускоряющем напряжении отклоняются на разный угол, вызывая цветные артефакты.

Другой способ получить разную контрастность различных участков образца — это использовать детектор обратно-отраженных электронов, такой, который имеет сектора, которые можно включать в произвольном порядке. Комбинируя сигнал от детекторов обратно-отраженных и вторичных электроном можно так же создать снимки в искуственных цветах. Я постараюсь сделать еще несколько снимков используя эти возможности, как только получу соответствующий допуск.

Немного о том, как был приготовлен образец — у нас часто в демонстрационных и тренировочных целях берут какое-то насекомое, прилепляют его на липкую карбоновую ленту (кстати она видна в нижнем правом углу), покрывают тонким слоем металла и используют в качестве кошек, на которых тренироваться можно. Особой научной ценности такие снимки не несут, но показать школьникам на экскурсии или повесить на стенку можно.

Зачем покрывать металлом? Ну так муха-то непроводящая. А представьте, сколько на нее электронов сыпется каждую секунду — их надо куда-то отводить, вот и покрывают тонким (~5нм) слоем золота или платины.

На этом краткий экскурс заканчиваю — если будут вопросы, пишите.
Можно посмотреть снимки, которые я выкладываю на своем универовском блоге, но они не такие интересные, как те, которые есть в Википедии.

P.S. Фото в полном размере, показывает ужато — можно открыть в полный размер в новом окне.