Pokud máme v nějakém průmyslovém odvětví zastoupení na celém světě, je to elektronová mikroskopie. První elektronový mikroskop sestrojil v polovině 20. století a od té doby se vyvíjí směrem k sofistikovaným stolním zařízení. Teprve díky tomuto vynálezu se otevírají nové obzory v medicíně, archeologii, kriminalistice či leteckém průmyslu.
Historie elektronové mikroskopie má pevné kořeny i v Brně. Historie elektronové mikroskopie v Brně se začala psát v roce 1947, kdy byly do tehdejšího Československa v rámci poválečné pomoci dodány první dva elektronové mikroskopy. Podle nich začali vědci na půdě Ústavu teoretické a experimentální elektrotechniky Vysokého učení v Brně experimentovat s elektronovými čočkami. O pár let později tým pod vedením profesora Aleše Bláhy, do kterého patřil Armin Delong, Vladimír Drahoš, Ladislav Zobač a konstruktér Jan Speciálny, sestrojil první československý komerčně dostupný elektronový mikroskop Tesla BS 241. Na úspěch prvního tým navázal stolním elektronovým mikroskopem Tesla BS 242, který oslnil i světovou porotu na výstavě EXPO 1958 v Bruselu.
Na konci 17. století se svět elektronové optiky teprve rodil, ale v Brně vznikla silná tradice výzkumu a výroby elektronových mikroskopů. Prototyp a následné komerční verze byly vyvíjeny v Československu a později pokračovaly v Brně v rámci firem Delong Instruments a Tescan. V současné době v Brně působí tři významní producenti elektronových mikroskopů: Thermo Fisher Scientific, Tescan a Delong Instruments, kteří ročně celkem vyrobí zhruba 700 kusů těchto přístrojů.
Optický mikroskop využívá světelný paprsek, zatímco elektronový mikroskop pracuje s elektrony a používá elektromagnetické čočky. V důsledku krátké vlnové délky elektronů má elektronový mikroskop vyšší rozlišovací schopnost a dosahuje mnohem vyššího zvětšení než optický mikroskop. Optický mikroskop zvětšuje při obyčejném světle cca 1500×, zatímco elektronové mikroskopy dokážou zvětšit objekt až milionkrát. Princip fungování elektronového mikroskopu byl krásně shrnut v populárně-vedeckém díle a obecně ukazuje, že elektronový mikroskop pracuje s odstíny šedi, nikoli barevně, protože snímky vznikají z elektronů.
Existují dva základní druhy elektronových mikroskopů - prozařovací (TEM) a rastrovací (SEM). U TEM elektrony procházejí vzorkem a je vyžadováno tenké dělení vzorků a vysoké energie, aby elektrony mohly projít.Na konci 19. století se objevily rentgenové záření a elektron, a na počátku 20. století byla představena teorie elektronové čočky, která umožnila vývoj mikroskopů s vyšším rozlišením. Transmisní elektronový mikroskop (TEM) byl vynalezen Ernstem Ruskou na počátku třicátých let 20. století a první komerční TEM vyvinula Siemens v roce 1939. Další v pořadí byl skenovací transmisní elektronový mikroskop (STEM) a následný vývoj moderního SEM pokračoval díky pracím v laboratořích v Cambridge a dalších institucích.
Na počátku vývoje moderní elektronové mikroskopie byla pro biologické objekty nutná příprava ultratenkých řezů a vzorků bez vody kvůli vakuové soustavě. První biologické objekty pozorované mikroskopem zahrnovaly vlákna bavlny, krevní buňky, bakterie a další, a byl nutný vývoj vhodných fixačních a zalévacích postupů, aby bylo možné zobrazit ultrastrukturu co nejblíže původnímu stavu. Postupně se technologie vyvíjela směrem k zobrazení virů a miniaturních struktur na atomární úrovni, což umožnilo významné posuny i v biologii a vědeckém výzkumu obecně.
V posledních desetiletích došlo k dalšímu zlepšování rozlišení a vzorků. Vývoj environmentálního skenovacího elektronového mikroskopu umožňuje pozorovat vzorky v nízkém vakuu, které mohou obsahovat vlhkost, a tím otevírá další možnosti zkoumání různých materiálů. CEITEC se opět tradičně zapojil do festivalu Dny elektronového mikroskopie (DEM), který je zaměřen na popularizaci oboru u široké veřejnosti. Program DEM se tradičně koná v Brně a zahrnuje prohlídky laboratoří, přednášky a fyzikální experimenty.
Do programu DEM se tradičně zapojuje také CEITEC VUT. Již od roku 2017 se konají Dny elektronové mikroskopie, které otevírají dveře laboratoriím a ukazují zajímavosti mikrosvěta. Živoucí kronika elektronové mikroskopie, pan Jiří Kala, viditelně ilustruje smysl popularizačních akcí a ukazuje, že popularizace vědy napříč generacemi má velký dopad. Jiří Kala, narozený v roce 1934, je pamětník a bývalý odborník v oblasti transmisní elektronové mikroskopie. Jeho vzpomínky a zkušenosti z počátků sériové výroby elektronových mikroskopů v Brně a uvádění těchto přístrojů do provozu jsou součástí bohaté brněnské tradice.
Jedním z klíčových okamžiků bylo uvedení stolního elektronového mikroskopu BS 242 do provozu a navazující vývoj. V polovině 20. století byla vybudována silná brněnská skupina, která se zabývala konstrukcí elektronových mikroskopů Tesla BS a jejich komerční výrobou pro firmy a výzkum. Tehdejší spolupráce s Teslou Brno a následný vývoj moderních systémů vedl k produkci pro zahraniční firmy a k rozvoji samotného oboru.
V současnosti Brno představuje světové centrum vývoje a výroby elektronových mikroskopů, kde NASA nebo Harvard používají brněnské přístroje, a kde třikrát více institucí spolupracuje na dosažení vysoké kvality a inovací. Tento ekosystém zahrnuje akademické instituce, vědecká centra, výrobní firmy a veřejné instituce jako město Brno a Jihomoravský kraj. Dny elektronové mikroskopie nadále popularizují vědu napříč generacemi a posilují spojení mezi veřejností a špičovým výzkumem.
Vývoj mikroskopů se nadále posouvá díky pokračujícím inovacím, které zvyšují rozlišení, zlepšují techniky přípravy vzorků a umožňují studovat vzorky za různých podmínek. Práce Armina Delonga a jeho spolupracovníků v Brně a jejich pokračování ve firmách Delong Instruments a Tescan ukazují kontinuitu brněnské tradice. Mikroskopy pro stolní použití, stejně jako přídavné moduly a nářadí, rozšiřují možnosti výzkumu a aplikací po celém světě.
Transmisní elektronový mikroskop a jeho pokračování v sem a STEM konfiguracích zůstávají klíčovými nástroji pro zobrazování struktur na úrovni atomů a mikrostruktur v různých materiálech, biologii i průmyslové technice. Výsledek postupného skládání objevů a technologického pokroku zobrazují tabulky i historické ilustrace, které doprovázejí programy a muzejní ukázky v Brně a v celém světě.
Spolu s tím je důležitá i osvěta a popularizace vědy, která má za cíl posílit povědomí veřejnosti o významu elektronové mikroskopie a jejím dopadu na každodenní život a průmysl. Dny elektronové mikroskopie ukazují, že věda není uzavřený svět jen pro odborníky, ale otevřená laboratoř pro širokou veřejnost, kde každý může nahlédnout do mikrosvěta a pochopit, jak se vyvíjela technologie, která umožnila zobrazení jednotlivých atomů a detailů materiálů.
Na závěr si připomeňme, že jádro pokroku tvoří týmová práce mezi badateli, vývojáři a uživateli. Vzniku a rozvoji elektronových mikroskopů v Brně a jejich přesahu do celosvětových projektů odpovídá složitá historie vynálezu a kontinuální vývoj nástrojů, které dnes slouží vědě v širokém spektru od medicíny po průmysl.
tags: #vynalezce #stolniho #elektronoveho #mikroskopu