Sólin Sólin Rís 08:59 • sest 17:23 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 17:46 • Sest 04:13 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 04:41 • Síðdegis: 16:56 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 10:50 • Síðdegis: 23:08 í Reykjavík
COVID-19 borði í flokk

Sjást veirur í smásjá?

Kristján Leósson, Birgir Jóhannesson og Jón Gunnar Þorsteinsson

Hér er einnig að finna svar við fjölmörgum spurningum sem hafa borist Vísindavefnum um rafeindasmásjá.

Hefðbundin (ljós)smásjá nýtir linsur til að stækka mynd af þeim hlutum sem verið er að skoða. Skrifa má jöfnu fyrir hámarks upplausn í slíkri smásjá, það gerði þýski eðlisfræðingurinn Ernst Abbe (1840-1905) fyrstur manna árið 1873. Jafnan er skráð á minnisvarða í borginni Jena í Þýskalandi, þar sem Abbe starfaði, bæði sem prófessor og hjá ljóstæknifyrirtæki Carl Zeiss (1816-1888).

Jafna Abbes segir að upplausn ljóssmásjár geti aldrei orðið meiri en sem nemur um hálfri bylgjulengd ljóssins. Bylgjulengd sýnilegs ljóss er um 400-700 nanómetrar (nm).

Jafna Abbes segir að upplausn ljóssmásjár geti aldrei orðið meiri en sem nemur um hálfri bylgjulengd ljóssins. Jafnan er skráð á minnisvarða um Ernst Abbe (1840-1905) við háskólann í borginni Jena í Þýskalandi.

Ein af grundvallarkenningum skammtafræðinnar, sem sett var fram af franska eðlisfræðingnum Louis de Broglie (1892–1987) árið 1924, segir að allt efni hafi bylgjueiginleika. Bylgjulengd efniseinda eins og rafeinda er almennt mun minni en bylgjulengd sýnilegs ljóss og getur munurinn milli bylgjulengdar sýnilegra ljóseinda og rafeinda verið meira en þúsundfaldur. Af því leiðir að í rafeindasmásjá er hægt að ná mun betri upplausn en í ljóssmásjá. Fókusdýpt rafeindasmásjárinnar getur auk þess verið mun meiri en ljóssmásjár og því er auðveldara að taka myndir af þrívíðum hlutum.

Mynd af höfði húsageitungs (Vespula germanica) tekin með rafeindasmásjá.

Bylgjulengd rafeinda er tengd hreyfiorku þeirra og í venjulegri rafeindasmásjá er útbúinn geisli af rafeindum og þeim gefinn aukinn hraði með rafspennu sem getur numið tugum þúsunda volta. Til þess að þetta sé hægt eru rafeindirnar og sýnið sem skoða á almennt í lofttæmdum klefa þannig að rafeindirnar tapi ekki hreyfiorku í árekstrum við sameindir í umhverfinu. Sýnið þarf einnig að vera rafleiðandi eða húðað með rafleiðandi efni (oft kolefni eða gulli) svo hægt sé að leiða rafeindirnar jafn óðum frá þeim stað á sýninu sem verið er að skoða.

Rafeindasmásjár eru til í mörgum ólíkum útfærslum og oft útbúnar öðrum mælitækjum, svo sem til frumefnagreininga eða kristallagreininga. Sumar rafeindasmásjár hafa næga upplausn til að mynda megi einstakar frumeindir í kristöllum. Myndir úr rafeindasmásjám eru svarthvítar þar sem rafeindirnar hafa engan lit í hefðbundnum skilningi (rafeindasmásjármyndir eru þó stundum litaðar eftir á með myndvinnsluforritum). Rafeindirnar sjást heldur ekki með berum augum heldur þarf sérstaka rafeindanema til að mæla hvernig rafeindageislinn endurkastast eða ferðast í gegnum þá hluti sem verið er að skoða.

Í rafeindasmásjá má sjá hvernig ólíkar gerðir veira hafa ólíka lögun. A) Bólusóttarveirur. B) Ebóluveira. C) Kórónuveirur. Athugið að stærðahlutföll eru ekki rétt, myndirnar eru mismikið stækkaðar.

Frumur mannslíkamans eru almennt um 10 míkrómetrar (µm) að stærð (10 µm=1/100 mm), en bakteríur um 1 µm sem jafngildir 1000 nm. Þær síðarnefndu eru því á mörkum þess sem greina má í ljóssmásjá. Veirur eru hins vegar ekki nema 10-100 nm að stærð og því ómögulegt að sjá þær eða greina byggingu þeirra í venjulegri ljóssmásjá. Í rafeindasmásjá má hins vegar sjá hvernig ólíkar gerðir veira hafa ólíka lögun.

Fyrsta eiginlega rafeindasmásjáin var búin til árið 1933 af þýska eðlisfræðingnum Ernst Ruska (1906-1988). Hann fékk Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði árið 1986 fyrir framlag sitt til myndatöku með rafeindum og fyrir smíði fyrstu rafeindasmásjárinnar. Bróðir Ruska var líffræðingurinn og læknirinn Helmut Ruska (1908-1973). Í grein eftir bræðurna sem kom út árið 1938 birtust í fyrsta sinn í sögunni myndir af veirum sem teknar voru með rafeindasmásjá. Helmut Ruska var síðan ráðinn til þýska fyrirtækisins Simens og þar hófst framleiðsla á rafeindasmásjám árið 1939.

Ljósmynd sem sýnir Ernst Ruska (til hægri) að vinna við fyrstu rafeindasmásjána.

Fyrsta rafeindasmásjáin á Íslandi var af Siemens-gerð og tekin í notkun á Tilraunastöð Háskóla Íslands í meinafræði á Keldum í ársbyrjun 1958. Fyrstu rannsóknir með henni fóru fram haustið 1958, á mæði-visnuveiru. Á Keldum er elsta samfellda saga rannsókna með rafeindasmásjám á Íslandi.

Í dag eru nokkrar rafeindasmásjár á landinu og eru þær nýttar í margs konar rannsóknum, meðal annars í líffræði, læknisfræði, efnistækni, jarðvísindum og örtækni.

Heimildir og frekara lesefni

Myndir

Myndband á ensku sem útskýrir hvernig myndir eru teknar af veirum með rafeindasmásjá.

Myndband

Spurningarnar sem hafa borist Vísindavefnum um þetta efni eru:
  • Er hægt að sjá veirur, sérstaklega þessa nýju (COVID-19), í smásjá? Það er þeim sem seldar eru í búðum?
  • Hvað er rannsakað með rafeindasmásjám?
  • Hvað er, tæknilega, rafeindasmásjá?
  • Hver er munurinn á einfaldri smásjá, ljóssmásjá og rafeindarsmásjá?

Ritstjórn Vísindavefsins þakkar Stefáni Ragnari Jónssyni líffræðingi fyrir yfirlestur og gagnlegar athugasemdir við svarið.

Höfundar

Kristján Leósson

eðlisverkfræðingur

Birgir Jóhannesson

verkfræðingur

Jón Gunnar Þorsteinsson

bókmenntafræðingur og ritstjóri Vísindavefsins

Útgáfudagur

16.4.2020

Spyrjandi

Víðir Gunnlaugsson, Garðar Friðrik Harðarson, Hulda Valdís Önundardóttir , Önundur Jónsson, Elva Höskuldsdóttir

Tilvísun

Kristján Leósson, Birgir Jóhannesson og Jón Gunnar Þorsteinsson. „Sjást veirur í smásjá?“ Vísindavefurinn, 16. apríl 2020. Sótt 28. október 2020. http://visindavefur.is/svar.php?id=79038.

Kristján Leósson, Birgir Jóhannesson og Jón Gunnar Þorsteinsson. (2020, 16. apríl). Sjást veirur í smásjá? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=79038

Kristján Leósson, Birgir Jóhannesson og Jón Gunnar Þorsteinsson. „Sjást veirur í smásjá?“ Vísindavefurinn. 16. apr. 2020. Vefsíða. 28. okt. 2020. <http://visindavefur.is/svar.php?id=79038>.

Chicago | APA | MLA

Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Sjást veirur í smásjá?
Hér er einnig að finna svar við fjölmörgum spurningum sem hafa borist Vísindavefnum um rafeindasmásjá.

Hefðbundin (ljós)smásjá nýtir linsur til að stækka mynd af þeim hlutum sem verið er að skoða. Skrifa má jöfnu fyrir hámarks upplausn í slíkri smásjá, það gerði þýski eðlisfræðingurinn Ernst Abbe (1840-1905) fyrstur manna árið 1873. Jafnan er skráð á minnisvarða í borginni Jena í Þýskalandi, þar sem Abbe starfaði, bæði sem prófessor og hjá ljóstæknifyrirtæki Carl Zeiss (1816-1888).

Jafna Abbes segir að upplausn ljóssmásjár geti aldrei orðið meiri en sem nemur um hálfri bylgjulengd ljóssins. Bylgjulengd sýnilegs ljóss er um 400-700 nanómetrar (nm).

Jafna Abbes segir að upplausn ljóssmásjár geti aldrei orðið meiri en sem nemur um hálfri bylgjulengd ljóssins. Jafnan er skráð á minnisvarða um Ernst Abbe (1840-1905) við háskólann í borginni Jena í Þýskalandi.

Ein af grundvallarkenningum skammtafræðinnar, sem sett var fram af franska eðlisfræðingnum Louis de Broglie (1892–1987) árið 1924, segir að allt efni hafi bylgjueiginleika. Bylgjulengd efniseinda eins og rafeinda er almennt mun minni en bylgjulengd sýnilegs ljóss og getur munurinn milli bylgjulengdar sýnilegra ljóseinda og rafeinda verið meira en þúsundfaldur. Af því leiðir að í rafeindasmásjá er hægt að ná mun betri upplausn en í ljóssmásjá. Fókusdýpt rafeindasmásjárinnar getur auk þess verið mun meiri en ljóssmásjár og því er auðveldara að taka myndir af þrívíðum hlutum.

Mynd af höfði húsageitungs (Vespula germanica) tekin með rafeindasmásjá.

Bylgjulengd rafeinda er tengd hreyfiorku þeirra og í venjulegri rafeindasmásjá er útbúinn geisli af rafeindum og þeim gefinn aukinn hraði með rafspennu sem getur numið tugum þúsunda volta. Til þess að þetta sé hægt eru rafeindirnar og sýnið sem skoða á almennt í lofttæmdum klefa þannig að rafeindirnar tapi ekki hreyfiorku í árekstrum við sameindir í umhverfinu. Sýnið þarf einnig að vera rafleiðandi eða húðað með rafleiðandi efni (oft kolefni eða gulli) svo hægt sé að leiða rafeindirnar jafn óðum frá þeim stað á sýninu sem verið er að skoða.

Rafeindasmásjár eru til í mörgum ólíkum útfærslum og oft útbúnar öðrum mælitækjum, svo sem til frumefnagreininga eða kristallagreininga. Sumar rafeindasmásjár hafa næga upplausn til að mynda megi einstakar frumeindir í kristöllum. Myndir úr rafeindasmásjám eru svarthvítar þar sem rafeindirnar hafa engan lit í hefðbundnum skilningi (rafeindasmásjármyndir eru þó stundum litaðar eftir á með myndvinnsluforritum). Rafeindirnar sjást heldur ekki með berum augum heldur þarf sérstaka rafeindanema til að mæla hvernig rafeindageislinn endurkastast eða ferðast í gegnum þá hluti sem verið er að skoða.

Í rafeindasmásjá má sjá hvernig ólíkar gerðir veira hafa ólíka lögun. A) Bólusóttarveirur. B) Ebóluveira. C) Kórónuveirur. Athugið að stærðahlutföll eru ekki rétt, myndirnar eru mismikið stækkaðar.

Frumur mannslíkamans eru almennt um 10 míkrómetrar (µm) að stærð (10 µm=1/100 mm), en bakteríur um 1 µm sem jafngildir 1000 nm. Þær síðarnefndu eru því á mörkum þess sem greina má í ljóssmásjá. Veirur eru hins vegar ekki nema 10-100 nm að stærð og því ómögulegt að sjá þær eða greina byggingu þeirra í venjulegri ljóssmásjá. Í rafeindasmásjá má hins vegar sjá hvernig ólíkar gerðir veira hafa ólíka lögun.

Fyrsta eiginlega rafeindasmásjáin var búin til árið 1933 af þýska eðlisfræðingnum Ernst Ruska (1906-1988). Hann fékk Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði árið 1986 fyrir framlag sitt til myndatöku með rafeindum og fyrir smíði fyrstu rafeindasmásjárinnar. Bróðir Ruska var líffræðingurinn og læknirinn Helmut Ruska (1908-1973). Í grein eftir bræðurna sem kom út árið 1938 birtust í fyrsta sinn í sögunni myndir af veirum sem teknar voru með rafeindasmásjá. Helmut Ruska var síðan ráðinn til þýska fyrirtækisins Simens og þar hófst framleiðsla á rafeindasmásjám árið 1939.

Ljósmynd sem sýnir Ernst Ruska (til hægri) að vinna við fyrstu rafeindasmásjána.

Fyrsta rafeindasmásjáin á Íslandi var af Siemens-gerð og tekin í notkun á Tilraunastöð Háskóla Íslands í meinafræði á Keldum í ársbyrjun 1958. Fyrstu rannsóknir með henni fóru fram haustið 1958, á mæði-visnuveiru. Á Keldum er elsta samfellda saga rannsókna með rafeindasmásjám á Íslandi.

Í dag eru nokkrar rafeindasmásjár á landinu og eru þær nýttar í margs konar rannsóknum, meðal annars í líffræði, læknisfræði, efnistækni, jarðvísindum og örtækni.

Heimildir og frekara lesefni

Myndir

Myndband á ensku sem útskýrir hvernig myndir eru teknar af veirum með rafeindasmásjá.

Myndband

Spurningarnar sem hafa borist Vísindavefnum um þetta efni eru:
  • Er hægt að sjá veirur, sérstaklega þessa nýju (COVID-19), í smásjá? Það er þeim sem seldar eru í búðum?
  • Hvað er rannsakað með rafeindasmásjám?
  • Hvað er, tæknilega, rafeindasmásjá?
  • Hver er munurinn á einfaldri smásjá, ljóssmásjá og rafeindarsmásjá?

Ritstjórn Vísindavefsins þakkar Stefáni Ragnari Jónssyni líffræðingi fyrir yfirlestur og gagnlegar athugasemdir við svarið....