Bergenie pod drobnohledem: Jak vzniká fotka květu z elektronového mikroskopu?

Co je to vlastně skenovací elektronový mikroskop (SEM)?
Skenovací elektronový mikroskop, zkráceně SEM, je speciální přístroj, který místo světla používá elektrony k vytvoření velmi detailního obrazu povrchu vzorku. Elektrony mají mnohem kratší vlnovou délku než světlo, takže dokážou zobrazit struktury v mikroměřítku a dokonce i v nanoměřítku, která jsou pro běžný optický mikroskop nedosažitelné. SEM „skenuje“ povrch vzorku po malých částech a vytváří tak černobílý obraz s obrovskou hloubkou ostrosti, díky čemuž vidíme povrch květin, pylových zrn nebo třeba motýlích křídel v neuvěřitelných detailech. Tento mikroskop je klíčový nástroj v biologii, materiálových vědách i v průmyslu a na naší fakultě se s ním můžeš naučit pracovat i ty.

Jak se fotí květ v SEM mikroskopu?
Na jaře všechno kvete a mikroskopička nebo mikroskopik (prostě člověk, co miluje mikroskopy) vyráží do terénu. Natrhá čerstvé květy, přilepí je oboustrannou páskou na speciální držáček a připraví na velké dobrodružství. Protože květy jsou nevodivé, musí je pokrýt tenkou vrstvičkou kovu – třeba zlatem a paladiem. Tím zabrání, aby se na nich při pozorování hromadil elektrický náboj.
Pak už jen vloží vzorek do vakuové komory elektronového mikroskopu, nastaví zvětšení (a to může být fakt masakr – od 6x až po milionkrát!), zaostří a… klik! Na monitoru se objeví černobílý snímek, který můžeš následně i barevně doladit v počítači.

Co všechno můžeš vidět?
Třeba detailní pohled na pylová zrna z kysaly tučnolisté bergenie srdčité nebo sedmikrásky chudobky. Zjistíš, že jedno pylové zrno je menší než tloušťka papíru a že každý druh má úplně jiný tvar a povrch. Snímky jsou tak ostré, že si připadáš jako v jiném světě.

Proč je to super?
Protože si můžeš vyzkoušet práci s nejmodernější technikou, zjistit, jak vypadá svět v mikroměřítku, a tvořit fakt originální fotky. Ať už tě baví biologie, chemie nebo fyzika, na naší fakultě se k SEM mikroskopu můžeš dostat i ty – ať už jsi student nebo studentka jakéhokoli studijního programu!

Chceš vidět víc? Zapiš se k nám na Přírodovědeckou fakultu Masarykovy univerzity a objev fascinující svět pod drobnohledem!

Můžete popsat, jak vypadá práce se skenovacím elektronovým mikroskopem ve vašem ústavu?
Máme mikroskop s velkou komorou, do které lze vložit předměty velikosti dlažební kostky nebo tenisového míčku. Nejčastěji ale pracujeme se vzorky o velikosti asi 1 cm². Získáváme z nich různé informace – například pomocí detektoru sekundárních elektronů, který poskytuje prostorově výrazné černobílé obrázky povrchu. Další detektory umožňují zjistit složení materiálu nebo vytvořit barevné mapy rozložení prvků. Barevné snímky jsou ale většinou výsledkem postprocessingu, kdy se barvy přiřazují uměle pro lepší přehlednost.

Baví vás i ta kreativní část, kdy se snímky kolorují?
Popravdě, mám raději automatizované zpracování, kdy stroj na základě dat vytváří barevné mapy prvků. Na druhou stranu, k olorování snímků je sice pracné, ale zvládne to i člověk bez velkého uměleckého talentu, pokud má k dispozici ostrý snímek s pěkným kontrastem a vhodné softwarové nástroje. Výsledkem jsou pak hezky ohraničené a barevně odlišené oblasti na snímcích.

Můžete nám říct víc o tom automatizovaném zpracování dat a barevných mapách prvků v elektronové mikroskopii?
Určitě! V elektronové mikroskopii máme k dispozici různé detektory, které nám kromě klasických černobílých snímků povrchu vytvořených pomocí elektronů, dokážou poskytnout i informace o chemickém složení vzorku. Tyto detektory zachycují například rentgenové záření vznikající při interakci elektronů se vzorkem, což nám umožňuje určit, jaké prvky se na povrchu nacházejí a jak jsou rozmístěné.
Automatizované zpracování znamená, že počítač na základě těchto dat sám vytvoří barevné mapy prvků – tedy obrázky, kde jsou jednotlivé prvky označeny různými barvami. To je velká výhoda oproti ručnímu kolorování, které je velmi pracné a vyžaduje hodně času a uměleckého cítění. Navíc ruční kolorování není objektivní, protože barvy přiřazuje člověk podle svého uvážení.
Díky automatizaci získáme přesné a jasné rozložení prvků na vzorku, což nám pomáhá lépe pochopit jeho strukturu a vlastnosti. Barevné mapy jsou tak nejen krásné na pohled, ale hlavně vědecky hodnotné. Tento proces výrazně urychluje analýzu a umožňuje se soustředit na interpretaci výsledků a další vědecký výzkum.
Takže i když kolorování snímků může být zábavné, automatizované zpracování je efektivní, přesné a otevírá nové možnosti v mikroskopické analýze. A co je nejlepší – na naší fakultě se můžeš naučit, jak s těmito technologiemi pracovat!

Když jste byla malá, toužila jste mít mikroskop nebo vás mikroskopy začaly zajímat až později?
Už na základní škole mě fascinovalo, že díky mikroskopu můžu vidět věci, které jsou okem neviditelné. První mikroskopická vzpomínka je klasické pozorování buněk cibule, kdy člověk poprvé vidí buněčná jádra a stěny. To je zážitek, který si pamatuji dodnes – najednou vidíte úplně nový svět.

Kdy jste se poprvé setkala s elektronovým mikroskopem?
S elektronovou mikroskopií jsem se setkala až na vysoké škole, když jsem začala učit optiku a optometrii. Tehdy jsem měla možnost pracovat s různými optickými mikroskopy a později přišla nabídka starat se o skenovací elektronový mikroskop. Nejprve jsem váhala, protože jsem o elektronové mikroskopii nic nevěděla. Postupně jsem se do toho ponořila a dnes mě elektronová mikroskopie opravdu baví.

Co vás na mikroskopii nejvíce fascinuje?
Fascinace spočívá v tom, že můžete dát do elektronového mikroskopu téměř cokoliv a zjistíte o tom něco nového. Například povrch rostlin skrývá spoustu struktur, které jsou běžným okem neviditelné – různé chloupky, lahvičky, trny nebo slavná kopřiva, jejíž žahavý mechanismus je pod mikroskopem nádherně vidět. Spolupráce s kolegy, kteří tyto věci umí pojmenovat a vysvětlit, je nesmírně inspirativní. Společně vytváříme vědecký příběh toho, co zobrazujeme.

Jak se studentky a studenti dostávají k práci s mikroskopy?
Studenti a studentky mají možnost se s mikroskopy seznámit v rámci výuky, kde absolvují krátké školení a ukázky metod. Někteří si pak zvolí diplomovou nebo bakalářskou práci zaměřenou na mikroskopii, a ti dostanou důkladnější školení a specializaci na konkrétní vzorky. Pokud jsou dostatečně schopní a spolehliví, mohou pak měřit i samostatně.

Proč se o Brnu mluví jako o centru mikroskopie?
Brno je ve světě unikátní tím, že zde sídlí tři firmy vyrábějící elektronové mikroskopy, které společně tvoří asi třetinu světové produkce těchto přístrojů. To znamená i čtvrtinu celosvětového obratu v oboru. Firmy zde potřebují kvalifikované pracovníky různých specializací – od teoretiků přes experimentátory až po grafiky a operátory. Studium na naší přírodovědecké fakultě a následná práce v těchto firmách je proto skvělou volbou. Brno má v tomto oboru velkou budoucnost a je celosvětově na špičce.

Je možné, že absolventky a absolventi najdou uplatnění i v zahraničí?
Ano, znám případy, kdy studenti a studentky po absolvování bakalářského a magisterského studia v Brně odjeli například do Kanady, kde byli díky svým znalostem a zkušenostem s elektronovými mikroskopy velmi žádaní. Získali tak nejen zahraniční zkušenosti, ale i uznání v oboru.

Nadýchané několikavrstvé grafenové nanolisty syntetizované v plynné fázi rozkladem etanolu v mikrovlnném plazmatu za atmosférického tlaku. Nanolístky jsou stabilizovány zakřivením svých okrajů a navázáním vodíku na nenasycené vazby na periferii hexagonální sítě. Grafen syntetizovaný v plynné fázi vykazuje výjimečně vysokou odolnost vůči vysokoteplotní oxidaci řízenou množstvím strukturních poruch vzniklých přímo během jeho růstu.