ما هي التقنية المجهرية؟
الفحص المجهري هو التقنية المستخدمة لعرض الأشياء التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، إذ يمكن أن يكون النطاق أي شيء بين mm و nm، وهناك 3 تقنيات مجهرية رئيسية يتم استخدامها ؛ الفحص المجهري البصري، الفحص المجهري للمسبار والمجهري الإلكتروني.
كما يمكن تعريف المجهر على أنه تقنية لتصور الأشياء الدقيقة غير المرئية بالعين المجردة، وتستخدم المجاهر الضوئية والإلكترونية لفحص العينات البيولوجية للحصول على تفاصيل القبو، وهناك ثلاثة فروع معروفة من الفحص المجهري: الفحص المجهري البصري والإلكتروني والمسح الضوئي، حيث يتضمن الفحص المجهري البصري والإلكترون الحيود أو الانعكاس أو الانكسار للإشعاع الكهرومغناطيسي والحزم الإلكترونية التي تتفاعل مع العينة وجمع الإشعاع المتناثر أو إشارة أخرى من أجل إنشاء صورة.
أهمية الفحص المجهري:
يلعب الفحص المجهري دورًا أساسيًا في دراسة الكائنات الحية الدقيقة، ويمكن أن يوفر معلومات مفيدة للغاية عنها، حيث تصف التقنيات الأساسية المستخدمة في الفحص المجهري وأنواعه المختلفة وتطبيقاتها في مجال علم الأحياء الدقيقة البيئية من خلال تغيير نوع العدسات ومصادر الضوء، كما يمكن تحديد خمسة أنواع من الفحص المجهري للضوء: المجال الساطع، والحقل المظلم وتباين الطور والتداخل التفاضلي والفلورة.
يتم استخدام مجهر المجال الساطع بشكل شائع لفحص التشكل وأداء صبغات غرام بينما يُستخدم الفحص المجهري ذو تباين الطور لعرض الخلايا الحية، وتختلف طرق تحضير العينة باختلاف نوع الفحص المجهري المستخدم، ويمكن أن تكون بسيطة مثل وضع قطرة على شريحة زجاجية أو معقدة مثل التقسيم الرقيق والتركيب على شبكة نحاسية، كما هو الحال مع المجهر الإلكتروني للإرسال.
يمكن تحديد عدد الكائنات الحية الدقيقة من خلال طريقة العد المباشر وتشمل الكائنات الحية القابلة للحياة والميتة والحيوية ولكن غير القابلة للزراعة (VBNC) والقابلة للحياة ولكن يصعب استزراعها (VBDC)، والتهجين الفلوري في الموقع (FISH) وهو نوع من الفحص المجهري الفلوري يتضمن استخدام مجسات الحمض النووي ذات العلامات الفلورية لاستهداف تسلسل الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي داخل الكائن الحي، لذلك يمكن استخدامها للكشف عن جميع الخلايا البكتيرية أو جنس أو حتى مجموعة واحدة من الخلايا.
يمكن استخدام مجهر المسح بالليزر المتحد البؤر (CLSM) لتوليد مناظر ثلاثية الأبعاد لذلك، يشيع استخدامها في مجهر المجال الساطع والمجال المظلم والفلوري، حيث ينتج المجهر الإلكتروني صورًا عالية الدقة والنوعان الأكثر شيوعًا من المجهر الإلكتروني هما المسح المجهري الإلكتروني والمجهر الإلكتروني النافذ، كما يتعامل الفحص المجهري للمسبار مع أسطح التصوير بمقياس دقيق للغاية وأحد أكثر أنواع هذه التقنية شيوعًا هو مجهر القوة الذرية (AFM) الذي يمكنه عرض الذرات المفردة.
تتيح هذه التقنيات تقييم التشكل والتكوين والخصائص الفيزيائية والسلوك الديناميكي للمواد، وبالتالي تقديم مساهمة كبيرة في تطوير علم المواد، كما إنها ضرورية لمراقبة جودة المنتجات وتطوير مواد جديدة، وتصميم وتوليف وتوصيف وتطوير مواد وأجهزة مبتكرة ومتقدمة تقنيًا وقابلة للتكيف ومتعددة الوظائف ذات كتلة أقل وحجم أصغر وكفاءة أعلى وتكلفة أقل لا سيما المواد والهياكل الجديدة هي مجالات سريعة النمو في علم المواد.
تعتبر الخلطات والمركبات والمواد الهجينة المتقدمة هي الفئات الأكثر تطورًا للمواد الجديدة القائمة على السيراميك والزجاج والسيليكا والكربون والتي تؤدي إلى العديد من الابتكارات التكنولوجية، إذ تُستخدم المعادن والسبائك والمركبات البينية المعدنية والمواد المغناطيسية والبلورات الأيونية والبلورات التساهمية والطلاء والأغشية والرقائق والأصباغ للتطبيقات المتقدمة.
تعتمد دراسة الأساس المادي والتقني لآخر التطورات في المجالات الموصوفة على تقنيات مجهرية تُستخدم أيضًا في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية بما في ذلك دراسات السطح الطبوغرافية والديناميكية للعديد من المواد، وغالبًا ما تعتمد الأبحاث الأساسية والتطبيقية في مجالات التطبيق الناشئة في مجال تكنولوجيا النانو والعلوم والهندسة البينية والتصنيع المتقدم والحفز والهندسة الحيوية والتوليف المستوحى من الأحياء وطرق الإنتاج الخضراء والاستشعار والتشغيل على التقنيات المجهرية.
انواع التقنيات المجهرية:
المجهر الضوئي:
يُعرف أيضًا باسم الفحص المجهري الضوئي وهو يتضمن عمر استخدام الضوء المرئي وعدسة واحدة أو أكثر لإنتاج صورة مكبرة لكائن يتم وضعه في المستوى البؤري للعدسة، حيث يمكن أن يتفرع هذا إما إلى الإرسال حيث يمر شعاع الضوء عبر العينة أو الانعكاس، حيث تنعكس الحزمة عن سطح العينة أي مجهر الضوء المنعكس.
هناك العديد من التطبيقات للفحص المجهري البصري كما هو الحال في الفيزياء النانوية والتكنولوجيا الحيوية، ولكن في الطب يُعرف في الغالب بأنها تستخدم في التشخيص عندما نتعامل مع الأنسجة أو الاختبارات على الخلايا الحرة المعروفة باسم اختبار المسحة.
الفحص المجهري للمسبار:
هذا هو فرع آخر من فروع الفحص المجهري الذي يتضمن استخدام مسبار لمسح الكائن، حيث يعمل بشكل أساسي من خلال تحريكه في نمط مستطيل يُعرف باسم المسح النقطي، ويُطلق على نوع من الفحص المجهري لمجس المسح الضوئي (STM) (الفحص المجهري للمسح النفقي)، وذلك عندما يتم إحضار طرف موصل حاد للغاية إلى السطح ويتم تطبيق جهد كهربائي بينهما ونحن قادرون على اكتشاف تيار النفق وإذا تم الحفاظ عليه فإننا يمكن تتبع ارتفاع السطح، وبالتالي إنتاجه على الأشعة السينية.
هناك مزايا وعيوب ل(SPM)، على سبيل المثال تتمثل المزايا الرئيسية في أنه يمكن إنشاء هياكل صغيرة، حيث يمكن تعديل التفاعل من المسبار وعلى عكس الفحص المجهري الإلكتروني لا نحتاج إلى فراغ، وتتمثل العيوب في أن الحد الأقصى للصورة صغير بشكل عام وقد يصعب تمييز الشكل التفصيلي لطرف المسح.
المجهر الإلكتروني:
هذا شكل من أشكال الفحص المجهري الذي يستخدم الحزم الإلكترونية لإنشاء صورة للكائن المستخدم، حيث لديهم تكبير أعلى بكثير من المجاهر الضوئية، وبالتالي دقة أعلى بكثير نتيجة لذلك، وهذا يسمح لنا برؤية عينات أصغر بمزيد من التفصيل، إذ يمكن زيادة الدقة لأنه مع انتقال الإلكترونات بشكل أسرع يصبح طولها الموجي أقصر، وبالتالي يكون هناك ارتباط مباشر بين تقليل الطول الموجي وزيادة الدقة.
هناك نوعان من المجاهر الإلكترونية المستخدمة مجاهر الإرسال والمسح الإلكتروني، حيث يتضمن (TEM) إطلاق شعاع عالي الجهد من خلال طبقة رقيقة من العينة وجمع المعلومات حول الهيكل، على النقيض من ذلك ينتج (SEM) صورًا عن طريق اكتشاف الإلكترونات الثانوية المنبعثة من السطح؛ بسبب الإثارة بواسطة حزمة الإلكترون الأولية، لذلك يتم مسح شعاع الإلكترون عبر السطح بنمط نقطي عن طريق تعيين الإشارات المكتشفة مع موضع الحزمة.
بينما نحصل على صورة ذات جودة أفضل وأنواع مختلفة من الصور بسبب (TEM) و(SEM)، هناك عيوب لسوء الحظ يعد البناء والصيانة مكلفًا للغاية؛ نظرًا لأنه حساس للمجالات المغناطيسية ويحتاج إلى مصدر مياه بارد يمر عبر العدسة باستمرار، ونظرًا لأن المجهر الإلكتروني هو أداة متخصصة يجب القيام بمستوى عالٍ من التدريب لتشغيله.
