Site İçi Arama

analiz-ve-raporlar

Elektron Mikroskobu Nedir?

Milyonlarca defa büyütebilen bir elektron mikroskobunun nasıl çalıştığını merak eden oldu mu? Atomları bile elektron mikroskopları ile görebilme imkânımız var. Bu kadar büyütebilen bir mikroskop ile DNA’nın yapısını bile görebiliyoruz.

Elektron mikroskobu nedir bilen var mı?

Benim mikroskop ile tanışmam çocukluk yıllarıma rastlar. Abim bir gün bir mikroskop ile çıkıp gelmişti. Belki de doğum günü hediyesiydi, şimdi hatırlamıyorum. Ama üç tane lensi olan, basit bir mikroskoptu. 

Bildiğimiz mikroskopların alt tarafında ışığı yansıtan bir aynası olur ve lam-lamel dediğimiz ince camlar arasına koyduğunuz incelenecek şeyi uygun lens ile gözünüze göre ayarlayınca 10 kat ya da belki biraz daha fazla büyütebilirler.

Tabii ki profesyonel mikroskopların lensleri bugün 2000 kata kadar büyütme özelliğine sahip olabiliyorlar sanırım. Daha fazla büyütemiyorlar, çünkü ışığın dalga boyu daha fazla büyütmeye imkân vermiyor. Bakılan obje sonrasında doğal ışığın dalga boyu sebebiyle billurlaşıyor.

***

Ben küçükken o basit mikroskopla nelere nelere bakmıştım.

Mesela soğan zarına baktığınızda resmen hücre yapısı görünüyordu.

Bir küçük şişede bir süre saman ıslatıp bir hafta kadar bekleyince, içinde tek hücreli organizmalar oluşurdu. İnce bir pamuk parçası arasına pipetle bir damla damlatıp mikroskopla baktığınızda pamuk lifleri arasına sıkışmış terliksi hayvanları bile gözlemlediğimi hatırlıyorum.

Bir damla kana bile baktığımı hatırlıyorum.

O zamanlar oldukça çok ilgimi çekmişti bu ilginç oyuncak.

***

Dediğim gibi standart mikroskoplar belli bir büyütme kapasitesinin ötesini gösteremiyor.

Ancak bir de elektron mikroskobu denilen bir teknoloji var. 

Elektron mikroskopları ise çok daha fazla büyütme kapasitesine sahipler. Bugün artık atomları bile elektron mikroskopları ile görebilme imkânımız var. 

Milyonlarca defa büyütebilen bir elektron mikroskobunun nasıl çalıştığını merak eden oldu mu?

Bu kadar büyütebilen bir mikroskop ile DNA’nın yapısını bile görebilme şansınız var!

***

1590’lı yıllarda bir gözlük üreticisi olan Hollandalı Hans Janssen ve oğlu Zacharias, tek mercek yerine iki mercek ile cisimlerin çok daha fazla büyütülebildiğini keşfederler. 

Bir tüp içine yerleştirdikleri iki mercek ile küçük şeylerin 10 kat büyüyerek göründüğünü keşfeden bu ikili tarihte ilk defa optik mikroskop dediğimiz şeyi de keşfetmiş olurlar.

Aslında merceklerin büyütme özelliğinin bilinmesi Roma imparatorluğu yıllarına kadar uzanıyor. Ancak art arda konuşlandırılmış iki merceğin daha fazla büyütme kapasitesine sahip olduğunun keşfedilmesi işte bu kadar uzun süre almış insanlık tarihinde.

Aslında teleskobun bulunuşu da bu yıllara rastlıyor. Janssen’lerin bu keşfini sonraki yıllarda, 1608’de biraz daha geliştiren bir başka Hollandalı gözlükçü Hans Lippershey ise ardından teleskopu ilk kez keşfeden kişi olarak biliniyor.

Galileo di Vincenzo Bonaiuti de Galilei ise Lippershey’den öğrendiği teleskop teknolojisini kullanarak bir sonraki yılda daha da geliştirdiği kendi teleskobunu gökyüzüne çevirmiş ve kilise ile de sürtüşmesine sebep olan o ünlü keşfini yapmış. 

Dünya evrenin merkezi değil!

Her şeye rağmen dünya dönüyor!

Evet, teleskop bir yana, mikroskobun keşfi birçok şeyin keşfedilmesine yol açmış, hatta bu tarihlerden sonra yaklaşık iki asır sonrasında Louis Pasteur bu süreçte daha da geliştirilen mikroskop ile yaptığı çalışmalar sayesinde kuduz aşısını bile bulabilmiştir.

Fransız bilim insanı Pasteur hakkında daha önce de biraz bahsetmiştim.

***

Gelelim elektron mikroskobuna.

Elektron mikroskobu ilk defa 1930’lu yıllarda Alman fizikçi Ernst Ruska tarafından geliştirilmiş.

Zaten 1930’lu yıllar artık atom üzerine birçok şeyin keşfedildiği ve elektronun da atomun bir parçası olduğunun bilindiği yıllar.

Albert Einstein özel görelilik teorisini 1905’te yayımlamış. 1915’te ise genel görelilik kuramını ortaya atmış.

Elektron demetleri ise çok daha önceleri, 1838’de Michael Faraday tarafından keşfedilmiş zaten.

1920’lerde ise Max Born, Werner Heisenberg ve Wolfgang Paulil kuantum mekaniğini teorisi ile gündeme gelmiş ve 1924 yılında Born’un makalesinde sistemin ilk şekli bilim dünyasına tanıtılmış.

Yani 1930 yılı artık elektron demetlerinin ışık demetleri yerine mikroskoplarda kullanılması açışımdan tarihi gelişime uygun bir tarih.

***

Peki bu elektron mikroskopları nasıl çalışıyorlar?

Öncelikle elektronların incelenecek şey üzerine yönlendirilmesi ve inceleme yapılan bölge ardına konuşlandırılmış bir ekran üzerinde beliren görüntünün incelenmesi bu mikroskopların genel çalışma prensibi.

Ancak her şey bu kadar basit değil tabii ki. Bu cihazlar oldukça ince ayar isteyen cihazlar.

Tabii bir de ışıkta yaşanan billurlaşma probleminin olmaması için elektron demetinin oldukça çok hızlandırılması gerekiyor.

Bugün artık üretilen son model elektron mikroskoplarında elektronlar ışık hızının %70 seviyesine kadar hızlandırılarak incelenen cisim üzerine yansıtılıyor.

Bunu yapabilmek için ise mikroskop içerisinde bir dizi elektron hızlandırıcısı kullanılıyor. 

Bir elektron demetini nasıl hızlandırabilirsiniz?

Tabii ki elektrik alanı yaratarak!

5000 Volt gibi yüksek elektrik alanı içerisinden geçirilen elektronlar, büyük kısmı anot ucunda sönümlense de, anot üç ortasında bırakılmış bir delikten aşağıya kaçan elektronlar bir sonraki elektrik alanında yine hızlanarak, ve yine ardından gelen elektrik alanının anot ucundaki delikten bir sonraki bölgeye kaçan elektronlar da daha da hızlandırılarak ışık hızının %70’ine kadar hızları ulaşınca, incelenecek şey üzerine yansıtılıyor.

Tabii bu iş oldukça ince ayar gerektiriyor ve bu ayarlar için cihaz içinde bir dizi de fokuslama ünitesi var, manyetik mercekler. Bu üniteler bir anlamda mercekler gibi çalışarak elektron demetinin etrafa saçılmasını önlüyorlar.

Tabii bir de elektron demetinin incelenen örnek üzerine doğru açı ile ulaşması ve örneğin tam olarak elektronların kesişim bölgesine konuşlandırılması gerekiyor.

Bunun için de örneğin konduğu lamın açı ve konum ayarlarının yapılması gerekiyor.

Örnek arkasındaki ekrana yansıyan görüntü bu aşamada örnek 50 bin kere büyütülmüş oluyor.

Ardından arka ekrana yansıyan görüntü hassas bir kamera ile çekilerek bir sonraki büyütme işlemleri gerçekleştiriliyor.

Bu aşamada ise görüntü 2 milyon kez büyütülmüş oluyor.

Bu cihazlar o kadar hassas cihazlar ki, ortam içerisindeki hava molekülleri bile bu ayarların bozulmasına ve bozuk bir görüntü elde edilmesine sebep olabiliyor. 

Bu yüzden cihaz içerisinde bir de ortamdaki havayı boşaltan ve vakum ortamı oluşturan özel vakum üniteleri oluyor.

Ve nihayet, buyurun, bir kelebeğin kanatlarındaki o doğa harikası örgünün atomik görüntüsü!

***

Elektron mikroskopları bugün artık atomları bile görüntüleyebilecek hassaslıkta üretilebiliyor. 50 pikometre bir hidrojen atomunun boyutu ve bu cihazlar bu kadarlık bir atomu bile görüntüleyebiliyor.

Prensipte iki tip elektron mikroskobu var. 

Biri “Transmission Electron Microscope”, ya da kısaltılmış hali ile TEM denilen tip. Bu mikroskop noktasal olarak incelenen örneğin içerisinden geçirilen elektron demeti sayesinde örneğin iç yapısının incelenmesine yararken, 

Bir diğer tip olan “Scanning Electron Microscope” ise daha büyük örneklerin yüzey taramasının yapılmasına ve üstten görüntülerinin incelenmesine yarıyor. Bu tipin kısaltılmış adı SEM. Bu tiplerin TEM’lerden prensipte ayrışması görüntünün yansıtıldığı ekranın örneğin altında değil de, üstünde konumlandırılmış olması ve yansıyan elektronlardan görüntü elde edilmesi. Tabii bir de bu tip elektron mikroskopları bildiğimiz tarayıcılar gibi örneği tarama özelliğine sahipler ve daha az büyütme özelliğine sahip olsalar da, daha geniş yüzeylerin görüntüsünün elde edilebilmesi yüzünden farklı kullanım alanlarına sahipler.

Bu ikisinin kombinasyonu da mümkün deniyor izlediğim videoda. Bu cihazlara da kısaca STEM adı veriliyormuş.

Bu cihazlar milyonlarca dolarlık cihazlar, yani aşırı yüksek teknolojik cihazlar.

***

Ne dersiniz, biz de bir elektron mikroskobu üretebilir miyiz?

Bu kadar hassas cihazları üretebilecek teknolojimiz vardır belki? Ne dersiniz?

Ya da, birileri üretiyor işte, biz niye üretelim ki de diyebilirsiniz! 

Siz belki de satın almak çok daha basit bir çözüm olur diye düşünüyor olabilirsiniz. 

Ben ise eğer bir şeylerde öncü olmak istiyorsak bu tarz hassas cihazları kendimizin de yapabiliyor olmamız gerektiğini düşünüyorum. 

Hatta sadece birilerinin önden yapabildiklerini yapmak olmamalı amacımız. 

Bizim kendimizin de bir şeyleri keşfediyor olmamız gerekiyor.

Sizce Türkiye’de bir yılda yapılan keşifler için alınan patent sayısı ne kadardır?

2022 yılında patent almak için yapılan başvuru sayısı 9009 adet olmuş, tescil edilen patent sayısı ise 3407.

Tabii tescil edilen bu patentlerin ne kadarı teknolojik patent ya da yüksek teknoloji patenti, bu konuda bir bilgi yok baktığım raporda.

Yine de rapor oldukça detaylı hazırlanmış, hem şehirler bazında, sektörler bazında, hem firmalar ve üniversiteler bazında, dünya çapında sıralama dahil patent başvuruları üzerine yıllara sâri oldukça detaylı bir rapor. 

Bu arada dünya çapında da 16. ülkeymişiz patent konusunda. 

Bu bile olumlu bir gelişmedir diyerek bitireyim yazıyı.

Moskova’dan herkese sevgi ve saygılarımla.

Araştırmacı Yazar Deniz BURSALIOĞLU
Araştırmacı Yazar Deniz BURSALIOĞLU
Tüm Makaleler

  • 08.10.2023
  • Süre : 3 dk
  • 744 kez okundu

Google Ads