T.9 - Introducció de la microscopia electrònica (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Ciencias Biomédicas - 4º curso
Asignatura Tècniques de diagnòstic
Año del apunte 2016
Páginas 19
Fecha de subida 02/10/2017
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

Tècniques de diagnòstic detector.
De sensors en tenim de moltes mides. El nanotub (que es troba a la punta) és un cilindre amb un gruix d'un nanometre que és el que acaba tocant la mostra.
TEMA 9. INTRODUCCIÓ DE LA MICROSCOPIA ELECTRÒNICA Enviem electrons contra la mostra i analitzarem que passa quan xoquen.
Tenim un feix d'electrons accelerats que arriben i en les interaccions que tenen lloc a la mostra es generaran moltes coses 8squema).
Els blaux utilitzarem per la microscopia electrònica de rastreig i la verda per fer microscopia electrònica de transmissió.
49 Tècniques de diagnòstic SEM, TEM SEM: enviem un feix focalitzat contra una mostra en estat sòlid i anem rastrejant el feix per sobre de la mostra.
Tenim uns detectors on recollim els senyals que s'ha produït a la mostra. Els electrons estaran excitats entre 530 Kiloelectroemvols. Les zones més fosques serà on s'han enviat menys electrons.
TEM: accelerem els electrons més, de l'ordre de 100.000 vols fins al milió de volts. Tenim un feix que atravessa la mostra i els electrons els recollim un cop han travessat la mostra. La formació i interpretació de les imatges és més complexa.
Imatge SEM Teixit mitges Imatge TEM Són zones corvades d'un semiconductor per aplicacions electròniques.
50 Tècniques de diagnòstic Història Senyals en el microscopi SEM - Mostra - Feix focalitzat que ressegueix la mostra - Senyals: electrons secundaris, electrons electrodispersats i raigs X. Electrons secundaris: l'electró incident interacciona amb els atoms de la msotra i arrenca electrons de les capes electroniques de la mostra, aquests electrons són els que agafem amb el detector, com més electrons agafem més clar és veu el punt on ha anat el feix) Si augmentem la llum d'incidència, en les zones corbades, fara que la distància que hagi de recorrer els electrons sigui més petita i per tantn ho veurem més clar.
51 Tècniques de diagnòstic BSE: Amb el nucli no hi haurà intercanvi d'energia perquè té la massa molt més grans que les dels electrons. El nombre d'electrons que recollirem serà proporcional a Z^2.
Els electrons electrodispersats són els electrons que canvien la seva trajectòria a causa del camp elèctric.
BS Tindrem les imatges més clares on el nombre Z sigui més alt.
Prepracio de la mostra - Han de caber al Sem (pocs cm) - Han de ser conductores elèctricament, si és una mostra no conductora posarem una capa d'un material conductor (or, carboni...) això fara que ho veiem millor perquè interaccionarà més alt un metall amb un nombre Z bastant alt.
- Les mostres biològiques abans de posar-les al Sem han d'estar seques perquè el SEM treballa al buit. Si tenim mostres que venen de cèl·lules vives, teixits-.... hem de fer una fixació química.
A couple examples Esquerra: pol·len Dreta: virus 52 Tècniques de diagnòstic The TEM microscope A dalt de tot hi ha el canó que es la zona on es generen els electrons que farem servir per fer imatge, columna on hi ha les lents i obertures, enmig de la columa hi ha el braç porta mostres que entra dins de la columa, tenim detectors com una pantalla de fosfor al final de la columna que ens ensenya els electrons.
Tot el microscopi depen d'un sistema de buit perquè el sistema treballa al ultrabuit, de l'ordre de 10^-5 Pascals.
Why electrons? Criteri Rayleigh: resolució microscipi òptica que depen de la longitud d'ona Equació de Broglie Les velcoitats des electrons estan al voltant de 200.000 km/s.
Principi d'Huygens Si tenim una ona esfèrica. Cada punt del front d'ona es comporta a la seva vegada com un emissor puntual per tant si posem un obstacle en algun punt ens tornarà a emetre una ona.
No podem veure res que sigui més petit que la longitud d'ona de la llum que estem fent servir per veure-ho per causes de difracció.
Longitud d'ona llum verda → 600nm, si volem veure algo de 100 nm no ho podrem veure perquè la difracció ens ho impedeix.
53 Tècniques de diagnòstic Si volem veure coses petites hem d'obligar l'electró a comportar-se com una ona i utiltizar una ona anàloga a la que tenim per llum amb electrons.
Electron GUN Els electrons en el microscopi electronic els generarem amb el cano d'electrons que ens genera un feix que sigui lluminó (molts electrons), coherent (les ones totes surtin en fase) i que siguin estables (tots els elctrons accelerats amb la mateixa energia i que hi hagi bones condicions de buit, s´ino el electró pot patir un scattering i no arribar a la mostra.
Hi ha dos emissions: - Termoiónic: tenim una intensitat d'electrons emesos que depen de la temperatura en la que escalfaem la mostra.
54 Tècniques de diagnòstic - Emissió de camp: si tenim una punta molt estreta i una diferència de potencial a banda i banda de la punta, hi ha una probabilitat qde que els electrons passin la barrera i els trobem a l'altra banda.
Els canons d'emissió de camps, són millors, més densitat de corrent, més lluminositat, més coherència però són més cars.
Lents electromagnètiques Aquesta és una lent convergent. Aconseguim tenir lents convergents amb electrons a base de camps electromagnètics. Les lents electròniques són espires de coure per les qulas passa una certa intensitat i que estan totes ficades dins d'una armadura en forma de donut fet d ferro. Això crea un camp electromagnètica que condensa els electrons en un punt. Això es una aplicació de la llei de Faraday. Les lents en el microscopi es comporten com les lents convergents habituals.
En una lent convergetnt, els rajos que vene paral·lels surten pel pla focal i els que venen per l'eix optic surten per...
El pla objecte i imatge venen donat per aquesta relació.
55 Tècniques de diagnòstic Tenim les armadures de ferro, dins tot d'espires per on passa el corrent, crea un camp electromagnètic que ajusta la trajectòria dels electrons.
Angles En el microscopi tenim obertures que ens indiquen dos parametres importants: semiangle de convergència (quant de convergit esta el feix quan arriba la mostra) i semiangle de col·leció.
Hi ha una sèrie d'obertures mecàniques i n'hi ha una per cada lent.
Lens aberrations Si ens fixessim només en la longitud d'ona de l'electró per determinar la resolució de l'insturment, ens surtiria que la longitud d'ona d'un electro associat a algo de kiloelectromvolts seria de l'ordre dels picometres (10^-12 metres).
La resolució del microscopi depen de la longitud d'ona que depen de la constant de planck dividit pel moment linial. Això vol dir que si tenim un voltatge d'acceleració de l'elctró en els electromvolts, tindrem una resolució en picometres.
Aquesta seria la resolució ideal de l'instrument. Però a la majoria de microscopis comercials la resolucío real és de l'ordre de l'Amstrong (10^-10 metres).
56 Tècniques de diagnòstic Les lents són molt dolentes perquè tenen moltes aberracions. La més important és l'aberració esfèrica ens diu que cada punt del front d'ona esfèric veu una focal de la lent diferent segons com estigui de lluny de l'eix òptic i per tant la imatge d'un punt no serà un putn sinó una taca.
Aberració cromatica. Electrons accelerats amb velocitats diferents tindrem...
Astigmatisme: no tindrem la mateixa focal en una direcció focal com en l'altre. Això es pot corregir amb lents que estan dins de la columna.
L'aberració esfèrica és la que més limita la resolució dels instruments.
Resolució La resolució (distància minima que podem veure en un microscopi electronic) depen de l'aberració esferica i de la longitud d'ona i per tant si volem augmentar la resolucói hem de corregir l'aberració esferica (es guanya un ordre de magnitud de resolució) o es canvia la longitud d'ona. SI accelerem els electrons amb kilovoltatges mes grans podem fer la longitud d'ona cada cop més petita. Això pot fer que uns electrons tant energètics fan malbé la msotra quan interaccionen amb ella.
57 Tècniques de diagnòstic Lents condenser Tenim 4 lents principals en el micrcopi de transmissói.
- Lent condensadsora: serveix per tenir un feix bonic que arribi a la mostra. Triarem si volem més iluminació o més resolució. La manera com volem la iluminació que arriba ala mostra ve donada per la lent condensadors.
- Lent objectiu: és la important. En el pla imatge de la lent objectiu tindrem una imatge de la mostra i en el pla focal de la lent objectiu tindrem coses interessant com un patró de difracció.
- Lents posteriors a la lent objectiu com lents intermitges i projectores que serveixen per portar a l plantalla el pla imatge de la lent objectiu o el pla focal de la lent objectiu.
Les lents condensadores serveixen per tenir el feix tal com volem, la lent condensadora fa una primera imatge i ens dona un feix amb les condicions que volguem segons l'experiment que volem fer. La lent s'ha d'enfocar de manera que el feix quedi enfocat sobre la mostra.
Lent objectiu En la lent objectiu és on passa tot. En el pla imatge tindrem una iamtge de lmostra i en el pla focal hi tindrem la difracció dels rajos.
58 Tècniques de diagnòstic Disgressió La matèria està ordenada formant plans. La distància entre aquests plans és de l'ordre de l'Amstrong de manera que poden difractar la ona de l'electró incident. Pe, principi d'Huygens cada vegada que una ona arribi a un obstacle, es comportara com emissor puntual.
Ens arriba la llum d'un emissor i es troba dos obstacles on es comporta com emissor puntual de ones esferiques, les ones arriben a diferents llocs, Si arriben en fase veurem un maxim i si arriben en contrafse veurem un minim.
Es una manera de comprovar la naturalesa ondulatoria de les coses, es pot fer amb llum ,aigua, electrons...
La gràcies és demostrar que els electrons encara que siguin partícules carregades també es poden comportar com a ones.
Quan passen per les escletxes creen un patró d'interferencies. Si es una interferència constructiva (si el cami que recorre l'ona és multiple de 2pi, un nombre enter) tindrem senyal i si és una interferència destructiva no tindrem senyal.
59 Tècniques de diagnòstic Transmission EM A dalt hi ha la font lluminosa (d'electrons). Es varia la intensitat de les lents electromagnètiques per canviar la força de les lents. Les lents electromagnètiques es basa en que un camp magnètic actua sobre eles electrons i permet desviar-los, com més fort és el camp electromagnètic més podem desviar els electrons. Això fa que depenen de la força tinguem un patró de difracció o imatges reals.
Depth of field and depht of focus Profunditat de camp i profunditat de focus. Són una mesura de quin marge d'rerror teni mper a que la imatge final estigui enfocada o no.
60 Tècniques de diagnòstic Focusing of objective lens Si tenim una obertura o qualsevol cosa i veiem que hi ha una linia brillant al voltnat, vol dir que estem per sota del focus per tant s'ha de pujar la msotra. Si estem per sobre del focus apareix una linia fosca i una clara.
Electron difrraction with parallel beam Ens imaginem un cristalls on els atoms estan separats per unes distancies, si la longitud d'ona es prou petita cada una de les serparcions entre atoms esta funcionant com a escletxa i això fara que a certa distancia tinguem un patro d'interferencies constructiu o destructiu.
Un cristall és una estructura periodicament ordenada en la qual agafem uanan zona del cristall, la traslladem, la rotem.. però continuarem tenint la mateixa estructura.
Si teni mun cristall monocristal·lí, vol dir que al patró de difracció només tindrem punts brillants, si tenim més d'un cristall orientat aleatoriament en l'espai les escletxes estaran desordenades unes de les alters i tindrem patrons de difracció.
La difracció ens dóna informació estructural de la mostra.
61 Tècniques de diagnòstic Indexing diffraction spatters A partir d'uns quants patrons de difracció podem saber l'estructura dels cristalls que estem mirant.
La difracció es pot fer en fase convencional o amb electron diffractions in convergent beam.
62 Tècniques de diagnòstic Electron diffraction in convergent beam Aquesta tècnica ens permet saber exactament quins grups d'espai es.
Diffraction Del feix d'electonrs tenim el feix transmes i el feix dfractat en l'espai real.
Ewald Sphere Els cristalls tenen 3 dimensions i per tant no tenim un sol pla. Els punts que nosaltres veiem al patró de difracció són els que coincideixen a l'esfera d'Ewald, si els punts no interseccionen amb aquesta esfera no els veurem.
El diamètre de la esfera esta relaciona amb la longitud d'ona de l'electro, com mes longitud d'ona menys diametre.
Si en lloc d'un pla tenim un cristall real tenim diverses capes, tenim una zona on intersecciona i en plans superiors també. Això dona lloc a les diferents zones de Laue.
En un patró de difracció tenim una zona central ben delimmitada i altres regions a mesura que anem pujant en profunditat de la mostra.
Això es una de les altres maneres que ens serveix per determianr l0'structura cristal·lina. (resulting diffraction pattern).
63 Tècniques de diagnòstic Suppose you have a SrTIO Tenim un cristall monocristali, si fem un aptro de difracció tenim això. Si girem el cristall i el desorientem, com que la ortientació dels plans vers el feix ha canviat, el patró de difracció ha canviat.
Si desorientem la mostra i seleccionem dos dels punts del patro de difracció, això ens permet seleccionar diferents carcteristiques de lamostra.
El feix difractat porta informació de la mostra. Si seleccionem dos punts, aquests ens donen informació de diferents diferccions.
Thin foil sample preparation El microsopi necessita que les mostres siguin electrotransparents. Basicament en capes primes.
Maneres de preparar la mostra. Lo mes habitual es treballar amb capes fines. Tenim un substrat de silici que son semiconductores i arribem a una cosa bastant complicada. Tenim un cristall de silici i després un cristall del qui sigui a sobre. Els xips estaran ben fets per a que funcioni, per tant cada capa te la estructura que li toqui.
Per a veure al microscopi necessita que les mostres siguin electrotransparents. Tenim una mostra que no es transparent als electrons per tan la hem de fer prima per tal de que els electrons puguin passar pe rella.
L’objectiu es aquest, en el cas de tranmissió.
En el ME de transmissió la mostra ha de ser electrotransparent. Bàsicament en capes primes hi ha dues manares, el plan view que això vol dir que mirarem la mostra des de dalt i per això veurem una suerposicio de la capa i el substrat. I l’altre es la cross-section que mirem la mostra des de baix en diagonal (lateral) i per tan veuríem la capa i el substrat. Si volem veure el grups de la capa serà mtijant aquesta ultima.
Hi ha diferents tipus de holders, es com una espasa on a la punta es fica la mostra subjectada per un anell de coure.
64 Tècniques de diagnòstic Instrumental for thin foil preparation Volem veure la separació entre la capa fina i el substrat. Es va pulint fisn que disminuim de 500 micres inicials a unes 60 micres.
Planar polishing Dimple polishing Posem la mostra de 70 micres, hi ha una roda que va girant per aconseguir una concavitat en la zona que ens intersesa k ara tindrem un gruix de 30 micres o menys. Si es silici es pot baixar fins a 10 micres que es molt poc ja.
30 micres es molt gruixut i per això l'ultim pas es posar-ho al ion milling que bombardeja ions d'argo. Atacca per dalt i per baix aa la zona més prim i acabem tenint un gruix menor a 100 nanometres. Això ja és electrotransparent.
65 Tècniques de diagnòstic Powder samples Agafem una reixieta que té una membrana i es posa una gota de l amostra en suspensió, es deixa assecar i les nanoparticules queden susposes sobre la membrana i així ho podem mirar al microscopi. Això funciona per mostres electrotransparents. Les que tenen menys contrast son les més primes.
Alternative sample preparation procedures Es poden preparar msotres per atac quimic. També tenim el FIB on tenim una columan d'electrons sumat a una font de ions (Ga+).
66 Tècniques de diagnòstic Transmission electron microscope Si es per scanning posem etanol. Si es per microscopia electronica de tranmsisió ha de ser acetona perquè funciona be amb la resina que s'utilitza.
Es va afegint a nivells creixents acetona fins a arribar a l'absolut. L'acetona depsres es substitutix per una renina epoxi fins que acabem uns blocs amb la mostra dintre.
Quan tenim això la posem a una estufa perquè la renina polimertiza amb la temparatura i es olidifica.
Despres podem tallar els blocs., això es fa amb una ganiveta de vidre (talls 1-2 micres) on damunt hi ha aigua destilada on quedara flotant els talls de la mostra que fem i així els podem posar a un porta i mirar-ho.
Despes es sleecciona el tros de mostra que volem, s'elimina el tros de mostra que no volem.
Cnavien la ganivetad de vidre per una de diamant i fem exacament el mateix i els talls aquests son de 60 nm i el sposem a una reixeta i es contrasta amb acetat d'uranil i amb la solucio´redox.
TEMA 10. TÈCNIQUES D'IMATGE PER RX Inicis de la radiologia Es va descobrir al final del segle XIX, es va desenvolupar durant el segle XX i ara és una tecnologia molt madura. En aquella época del raig X es va fer de forma progressiva, no es tenia cap noció de les implicacions biològiques que tenien les radiacions ionitzants. Si s'hagues tingut coneixement del perill de la radiació, el tub de raig X l'haguessin blindat i haurien tingut més mesures de seguretat.
Els raigs X són radiació gamma de baixa energia però que és capaç de ionitzar les molècules del cos i pot provocar mutacions d'ADN o alteracions bioquímiques en els teixits del cos.
Producció de raigs X Es formen per un proécs de desacceleració dels electrons interaccionant amb el camp nuclear del nucli.
Tenim un filament de tungste per on hi passen electrons. Si sotmetem als electrons a un camp elèctric molt fort i hi ha una difernècia de l'pordre de milers de volts entre anode i catode, els electrons salten del filament. Si estan en un tub on hi ha el buit, els leectrons al saltar al buit s'acceleren en la direcció del camp elèctric i per tant els electrons van rapidament cap al pol positiu per equilibrar la carrega.
Els electrons son accelerats a una energia cinetica equivalent a l'enegia electrica que els hi ha donaat que 67 ...

Comprar Previsualizar