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Microscópio eletrônico 1 O microscópio eletrônico recebe este nome devido a utilização de um feixe de elétrons para “iluminar” a amostra. Dois tipos principais: 1. Microscópio eletrônico de transmissão (MET) e; 2. Microscópio eletrônico de varredura (MEV). O MET analisa imagens formadas pelos elétrons que atravessam a amostra e o MEV e forma imagens através de elétrons refletidos ou emitidos pela superfície da amostra. Sistema Comprimento de onda incidente (mm) Resolução (mm) X aumento na resolução Olho humano Luz visível (azul, por exemplo) (0.4 ) 200 1 Microscópio de luz comum Luz visível (azul, por exemplo) (0.4 ) 0,2 1 x 103 Microscópio eletrônico de transmissão Feixe de elétrons (0,000005) 1 x 10-3 2 x 105 • O microscópio eletrônico foi desenvolvido na Alemanha na década de 30 e, devido à segunda guerra mundial, seu uso em pesquisa científica foi difundido somente na década de 50; • Revolucionou o estudo dos componentes celulares por possuir um poder de resolução 1000 x melhor do que o Microscópio de luz; • O poder de resolução de um microscópio é diretamente proporcional ao seu comprimento de onda (l). • No MET o l do feixe de elétrons pode chegar a 0,005 nm e, teoricamente, seria possível ver detalhes de átomos. Entretanto, devido a problemas técnicos na construção das lentes e do microscópio isso não é possível. Microscópio eletrônico 2 Microscópio de alta voltagem (3 MV) desenvolvido pela Japan Electron Optics Laboratory Co. Ltd. E na Universdidade de Osaka em 2006 (140 toneladas) • Partes do MET • 1. Sistema de iluminação. Composto por um canhão eletrônico, formado por um filamento de tungstênio, que é aquecido fazendo com que os átomos se excitem e liberem os elétrons. Os elétrons são acelerados pela aplicação de uma alta tensão negativa (40 a 100 mil volts) formando o feixe. Microscópio eletrônico 3 • 2. Lentes eletrônicas: CONDENSADORA, OBJETIVA e PROJETORA. Desempenham os as mesmas funções das lentes do M.L., mas sua constituição é bastante diferente. O feixe de elétrons possui baixo poder de penetração. Desta forma, não podem ser defletidas por materiais sólidos como vidro ou quartzo. Um solenóide é capaz de condensar um feixe de elétrons quando este passa ao longo de seu eixo. O que funciona com lente eletrônica é o campo magnético gerado pelo solenóide. As funções de variar a iluminação, foco e ampliação são executadas, variando a corrente que circula no solenóide, sem movimentar a lente. Microscópio eletrônico 4 As lentes são fios enroladas e mantidas em um cilindro de ferro doce (que é impermeável ao campo magnético), exceto em um pequeno trecho na parte interna. • Defeitos das lentes eletrônicas: ASTIGMATISMO, gerado pela assimetria do campo magnético, onde imagens de objetos pontuais tornam-se alongadas. A correção é feita com magnetos auxiliares que compensam a assimetria nas lentes condensadoras e objetivas. ESFERICIDADE, em que feixes de elétrons mais distantes do eixo são mais fortemente defletidos. Isso faz com que a imagem de um ponto pareça um borrão. No MET este defeito não pode ser corrigido. Microscópio eletrônico 5 • 3. Tela (ecran) fluorescente. Como o l do feixe de elétrons é extremamente curto, não é capaz de sensibilizar a retina do olho do observador. Desta forma, para tornar a imagem visível, utiliza-se uma tela coberta com substâncias fluorescentes (sulfato de zinco). Quando os elétrons atingem a tela, as substâncias fluorescentes emitem fótons de luz visível. Microscópio eletrônico 6 • 4. Sistema de vácuo: O interior da coluna do MET fica sob alto vácuo, a fim de que as moléculas de ar não dispersem o feixe de elétrons. Desta forma, as amostras precisam ser dessecadas. • 5. Sistema de fotodocumentação: Câmera fotográfica, câmera de vídeo, computador e impressora lazer. • 6. Circuito eletrônico de regulagem e estabilização de corrente: Tanto a voltagem de aceleração dos elétrons como a corrente que circula nas lentes, devem estar altamente estabilizadas. Microscópio eletrônico 7 Microscópio eletrônico 8 • 7. Formação da imagem: Depende da interação entre os elétrons do feixe X átomos da amostra. “Scattering” ou espalhamento dos elétrons. Os elétrons do feixe chocam-se com os átomos da amostra e são desviados de sua trajetória. Quanto maior o átomo, maior o espalhamento de elétrons, e maior será o contraste da imagem. Os átomos das amostras biológicas produzem pouco contraste por serem átomos leves (C, H, O, N) Microscópio eletrônico 9 • Para melhorar o contraste das amostras biológicas podemos usar substâncias “corantes” que contém átomos pesados, como por exemplo acetato de uranila e citrato de chumbo. • 8. Porta-amostra: Como os elétrons possuem baixo poder de penetração, não podemos usar uma lâmina de vidro. Usa-se uma película de plástico, como o formvar ou colódion, extremamente delgada (20 nm de espessura). Esses plásticos possuem uma rigidez suficiente para suportar a amostra e é suficientemente transparente ao feixe de elétrons. Como o plástico é bastante fino, este é colocado em um suporte (telinha) com furos de 3 mm em diâmetro. Microscópio eletrônico 10 • Preparo do material • Partículas em suspensão (Metalização ou sombreamento e contrastação negativa). • Tecidos: Fixação com glutaraldeído e formaldeído, seguidos de uma pós-fixação com tetróxido de ósmio; Desidratação com em álcool ou acetona; Inclusão em resinas pláticas; Ultramicrotomia em navalhas de vidro ou diamante que cortam as amostras em fatias de 50 nm de espessura; Contrastação com soluções de metais pesados (acetato de uranila e citrato de chumbo) para melhorar o contraste. Contrastação negativa Sombreamento Glutaraldeído Tetróxido de Ósmio Preparação da amostra Ultramicrotomia A B C P GM Microscópio eletrônico 11 1. Fenômenos da interação do feixe de elétrons com os átomos da amostra: • a= Elétrons transmitidos que atravessam a amostra; • b= Catodo-luminescência ou fluorescência= emissão de fótons; • c= Força eletromotriz = formação de corrente elétrica pela absorção dos elétrons pela amostra; • d= Elétrons retro-espalhados (“backscattering”) =os os elétrons incidentes do feixe são refletidos com a mesma energia; Microscópio eletrônico 12 • e= Elétrons secundários e raios-X= Alguns elétrons do feixe podem ser capturados em órbitas inferiores dos átomos da amostra, fazendo com que elétrons de camadas mais superiores sejam ejetados (ELÉTRONS SECUNDÁRIOS). Estes possuem menos energia e a diferença de energia é emitida em forma de raio-X. Estes raios-X de características peculiares de cada elemento; assim usando-se detectores adequados é possível identificar o elemento que os emitiu, fazendo-se a chamada microanálise de raio-X. Microscópio eletrônico 13 • Microscópio eletrônico de varredura (MEV): • Utiliza-se essencialmente os elétrons secundários para a formação da imagem; • Constituição do MEV: • a) Canhão eletrônico = similar ao MET, apenas com voltagens menores (5-40 kv); • b) Lentes eletrônicas = possui 2 lentes (solenóides) cujas funções são de coordenar o feixe de elétrons, produzindo um feixe de 3 a 5 nm de espessura; • c) Estágio para a amostra = encaixe para colocação da amostra no aparelho; • d) Porta amostra = disco metálico de 1 a 3 cm em diâmetro, em cuja superfície afixado a amostra; Microscópio eletrônico 14 • Circuito de varredura= é um solenóide pulsátil, que obriga o feixe de elétrons a executar um movimento de varredura intermitente sobre a amostra; • Coletor de elétrons secundários (ES) = Cada ponto irradiado com o feixe de elétrons produz ES, que são capturados pelo coletor, constituído de uma grade a + 500V e um cintilador (placa de plástico com uma substância fluorescente); • Amplificador de sinais = Os elétrons se chocam com o cintilador produzindo fótons de luz que são convertidos em sinais eletrônicos e amplificados; Microscópio eletrônico 15 • Tubo de raio catódico (TRC) = Os sinais gerados pelo amplificador modulam a imagem do TRC, cuja varredura está em sincronia com o do MEV. Sinais gerados pelos elétrons coletados produzem manchas luminosas no TRC, cuja somatória em uma varredura, reproduz fielmente a topografia da amostra, ponto-a-ponto. Microscópio eletrônico 16 • Preparo da amostra (materiais rígidos): • A emissão de ES é abundante quando a superfície da amostra é boa condutora de eletricidade. Assim, amostras de metais não requerem tratamentos especiais antes do exame; • Se o material é um mau condutor de eletricidade (plástico, osso), este deve ser coberto com uma fina camada de metal, sendo o ouro o metal mais comumente usado. Isso é feito em um aparelho chamado de “sputter coater”. Microscópio eletrônico 17 • Preparo do material (materiais delicados) = Para a preparação de materiais delicados como células e seus apêndices, é necessário a fixação, desidratação e secagem ao ponto crítico, antes da cobertura com ouro. Isso se deve à necessidade do material estar desprovido de água para a observação, pois o vácuo deformaria toda a estrutura celular e a secagem ao ar também deformaria a amostra. Logo, a água é substituída por acetona, durante a desidratação, e depois por CO2 líquido em uma máquina de secagem ao ponto crítico. O CO2 é evaporado lentamente, aumentando a pressão e a temperatura da câmara. A amostra é seca sem ocorrer deformação. As amostras para o MEV têm que ser preparadas com cuidado para suportar o vácuo dentro da máquina. Amostras biológicas são secadas de uma maneira especial (secagem ao ponto crítico) que previne a deformação da maostra. Como o MEV "ilumina" a amostra com elétrons, ela tem que ser boa condutora de eletricidade. Como fazer uma amostra biológica ser boa condutora de eletricidade? Ela tem que receber uma camada de um material bom condutor (ouro) em uma máquina chamada de "sputter coater". Nucleopolyhedrovirus Granulovirus Microscópio eletrônico 18 • Aplicações do MEV: • Observação de detalhes de superfície de qualquer tipo de material; • É bastante útil na taxonomia dos animais, plantas, insetos e microorganismos;
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