Elektronové mikroskopii se v #brnoregion daří. Vznikly tu firmy jako Thermo Fisher Scientific, Delong Instruments nebo Tescan a díky jejich mikroskopům získalo Brno světový věhlas. Malý elektronový mikroskop, který postavíte na robustnější stůl, mikroskop pro pozorování zmražených vzorků i živých tvorů. To vše v #brnoregion máme. K čemu jsou tyhle přístroje dobré? 

LVEM 5: Nejmenší elektronový mikroskop na světě 

„Jsou malé, nenáročné na podmínky a mohou je obsluhovat i studenti. Naším cílem je otevírat dveře k elektronové mikroskopii všem, kdo ji potřebují,“ tak představuje nízkonapěťové elektronové mikroskopy (LVEM) Radka Martinková z Delong Instruments. Právě tam tento typ mikroskopů vyvinuli a snaží se tak elektronovou mikroskopii zpřístupnit širšímu „publiku“. Výhodou je nejen cena. Ta se sice pohybuje v úrovni luxusního automobilu, ale ve své kategorii jsou přístroje LVEM od Delong na své spodní hranici. Přesto jsou špičkové, proto často patří mezi první elektronové mikroskopy, které si zákazníci pořizují. 
 

LVEM 5 z dílny Delong Instruments váží asi sedmdesát kilogramů a je možné ho postavit na trochu robustnější stůl, což z něj dělá nejmenší elektronový mikroskop na světě. „LVEM 5 umožňuje vzorky analyzovat až čtyřmi různými způsoby, takže si je často pořizují týmu, které potřebují různé způsoby analýzy, ale nemohou si dovolit na každou speciální přístroj,“ doplňuje Martinková. 

Používají se v laboratořích nemocnic, výzkumných ústavů, firem i univerzity, kde pomáhají odhalit viry, bakterie a další toxiny ohrožující zdraví lidí, zvířat nebo rostlin a které zamořují naše životní prostředí. 

MAMUT: Perfektní zobrazení 2D vzorků 

První přístroj nemá s pravěkým zvířetem nic společného, možná kromě velikosti. Jedná se o elektronový mikroskop, který vyvinuli v Ústavu přístrojové techniky Akademie věd ČR. Toto pokročilé zařízení pracuje v prostředí ultra vysokého vakua. To znamená, že uvnitř mikroskopu je velmi nízký tlak vzduchu, což minimalizuje rozptyl elektronů a zlepšuje kvalitu výsledného obrazu. Navíc využívá velmi pomalé elektrony. Ty mají nižší energii a umožňují získat detailnější a přesnější informace o struktuře a vlastnostech povrchu. MAMUT pomáhá všude tam, kde je potřeba studovat velmi čisté povrchy. 

Toho využívá i Eliška Materna Mikmeková ze zmíněného ústavu, která stojí v čele výzkumného týmu mikroskopie a spektrometrie povrchů. Společně s kolegy z americké Rutgers University věnuje výzkumu nanokrystalů a jejich možného využití při výrobě paliv: „Využívám MAMUT hlavně kde studiu takzvaných 2D materiálů, jako je grafen, kde díky velmi nízkým energiím můžu s vysokým rozlišením pozorovat tyto ‚neviditelné‘ vzorky o tloušťce atomu. Při velmi nízkých energiích dokonce dokážu určit, zda je vzorek tlustý jeden či dva atomy, tedy s citlivostí na atom! Ultra vysoké vakuum mi zaručuje, že vzorek mohu ‚pozorovat‘, tedy skenovat elektronovým svazkem, aniž bych ho kontaminovala zbytkovými plyny z komory mikroskopu.“ 

TITAN s atomovým rozlišením 

Ideálním společníkem pro vývoj nových materiálů a nanotechnologií na atomární úrovni je špičkový transmisní elektronový mikroskop nazvaný TITAN. Je schopný pracovat s akceleračními napětími od 60 kV až do 300 kV, což umožňuje zkoumat paprskově citlivé 2D vzorky, jako je grafen, nebo dosáhnout nejvyššího rozlišení obrazu a elektronové průhlednosti silnějších vzorků. Tento mikroskop je vybaven monochromátorem, který zajišťuje nízkonapěťové snímání s podstatně sníženými chromatickými aberacemi a spektroskopii ztrát energie elektronů s vysokým energetickým rozlišením. Jeho optický systém obsahuje také korektor obrazu, který omezuje aberace objektivu a poskytuje TEM snímky s dokonalým atomárním rozlišením hluboko pod 1 angstrom. Kromě toho je mikroskop vybaven sadou citlivých detektorů pro různé techniky zobrazování a spektroskopie.

Jednoduše řečeno, TITAN dokáže zobrazit pozorované vzorky s jasně rozlišitelnými atomy a poskytovat podrobnosti o jejich chemickém nebo fyzikálním stavu na atomární úrovni, což je klíčové pro výzkum materiálových věd a nanotechnologií. Proto je výzkumná infrastruktura CEITEC Nano, kde je TITAN nainstalován, přesně tím místem v #brnoregion, kde můžete studovat a vyvíjet nanotechnologie a pokročilé materiály na špičkové vědecké úrovni.

Kryoelektronový mikroskop pro studium virů 

Vzorky o teplotách až -160 °C umožňuje zkoumat TESCAN AMBER Cryo. Nízká teplota umožňuje zobrazovat biomolekuly v jejich přirozeném stavu. Je tedy zachována vnitřní struktura buněk, aniž by bylo nutné vzorky nějak upravovat nebo znehodnocovat. To je užitečné zejména pro studium lipidových struktur, které hrají klíčovou roli v mnoha biologických procesech. Vědci tak mohou lépe pochopit, co se děje uvnitř buněk a jaké mechanismy ovlivňují jejich zdraví. 

Obecně hraje kryoelektronová mikroskopie důležitou roli například při studiu virů a enzymů, což má dalekosáhlé důsledky pro vývoj léků a vakcín. Další zástupce kryoelektronových mikroskopů z #brnoregion, Thermo Scientific Krios Cryo-TEMpak pak pomohl k určení struktury spike proteinu SARS-CoV-2, což bylo klíčové při vývoji vakcíny proti onemocnění Covid-19. 

Pozorování živých tvorů 

Poslední zmínka nebude věnována ani tak přístroji samotnému jako spíš unikátní mikroskopovací metodě. Výzkumná skupina Environmentální elektronová mikroskopie z již zmíněného Ústavu přístrojové techniky AV ČR jako první na světě dokázala pozorovat živé vířníky v podmínkách vysokého tlaku plynů a za snížené teploty. To pomohlo dokonce objevit dva nové druhy vířníků a některé další druhy detailněji popsat. 
 

Pro pozorování vědci využili dva unikátní enviromentální rastrovací elektronové mikroskopy AQUASEM II a QUANTA 650 FEG, které na ústavu upravili a vylepšili. Obvykle musí být v mikroskopu pro kvalitní pozorování dokonalé vakuum. V opačném případě se elektrony mířící na vzorek srazí s molekulami plynu či par a vzniká rušivý šum. V upravených mikroskopech je ale možné zkoumat vzorky za tlaku až milionkrát vyššího oproti běžným elektronovým mikroskopům, a tak už nic nebrání pozorovat i vzorky, které ve vakuu nepřežijí.