матеріал 11

Урок 30. Сканувальна електронна, тунельна та атомно-силова мікроскопія

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 30. Сканувальна електронна, тунельна та атомно-силова мікроскопія

Очікувані результати навчання

Пояснює принципи роботи СЕМ, СТМ і АСМ, порівнює їхні можливості для проведення досліджень – [12 ПРО 2.1.1-5 П]
Застосовує знання про сканувальні мікроскопи для інтерпретації зображень біологічних структур – [12 ПРО 2.2.1-2 П]
Ідентифікує об’єкти на мікрофотографіях, отриманих за допомогою СЕМ/АСМ – [12 ПРО 2.2.2-2 П]
Оцінює значення сучасних методів мікроскопії (СЕМ, СТМ, АСМ) для біології, медицини та нанотехнологій – [12 ПРО 3.4.2-1 П]
Спостерігає/досліджує самостійно або у співпраці з іншими об’єкти і явища за складеним планом із використанням розроблених математичних/реальних/віртуальних моделей – [12 ПРО 1.4.2-1 П]

Місце уроку в темі: Урок є логічним продовженням попередніх занять, де вивчались оптичні, флуоресцентні та електронні методи візуалізації.

Проблема уроку: Чи можна «побачити» окремі молекули чи навіть атоми?

Очікувані результати для вчителя:

Учні розуміють принципи дії скануючих та атомно-силового мікроскопів та ключові фізичні явища, що лежать в основі їхньої роботи.
Учні вміють аналізувати зображення отримані з мікроскопів і пов’язувати їх з функціями біологічних структур.
Учні оцінюють значення наномікроскопії для дослідження молекул, вірусів та впровадження інновацій у біотехнологіях.

Очікувані результати для учнівства:

Я можу пояснити, як працюють сканувальний електронний, сканувальний тунельний та атомно-силовий мікроскопи і чим вони відрізняються.
Я аналізую мікрофотографії і можу ідентифікувати клітинні структури або біомолекули.
Я розумію значення наномікроскопії для сучасної біології, медицини та матеріалознавства.

Ключові слова:

сканувальна електронна мікроскопія
сканувальна тунельна мікроскопія (СТМ)
атомно-силова мікроскопія (АСМ)
нанотопографія
п’єзоелектричні сканери
тунельний струм
зондування

План уроку

Мотивація – «Як людство навчилось бачити неможливе?» (5 хв)
Тобі може знадобитися – принципи роботи мікроскопів. (10 хв)
Життєва ситуація – розпізнати зображення. (15 хв)
Попрактикуймо самостійно – самостійна ідентифікація структур. (10 хв)
Рефлексія (5 хв)

1. Мотивація

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 5 хв.

🛠 Як провести:

Покажіть відео про принципи роботи (клікайте на відповідне скорочення) СЕМ / СТМ / AСМ

Обговоріть з учнями і запропонуйте учням порівняти принципи дії трьох мікроскопів

📢 Питання для обговорення:

Що спільного між сканувальною електронною і атомно-силовою мікроскопією?

Для яких біологічних досліджень потрібна поверхнева візуалізація?

Як ці методи змінюють медицину та біотехнології?

🎯 Головна ідея:

Сканувальна та атомно-силова мікроскопія – шлях до вивчення структур білків і створення штучних наноматеріалів.

🔬 Як ми навчилися бачити неможливе?

Що, якщо можна не просто побачити вірус, а розгледіти виступи на його оболонці? Що, якщо можна не лише уявити, а реально побачити поверхню однієї молекули ДНК або білка?

Оптичні мікроскопи мають межу. Електронні – значно потужніші, але і в них є свої обмеження.

Але сучасна наука не зупиняється! Сьогодні в арсеналі біолога – ультраінструменти:

Сканувальний електронний мікроскоп (СЕМ): створює чіткі 3D-зображення поверхні клітин і вірусів за допомогою електронного променя.

Рис 1. Сканувальний електронний мікроскоп Zeiss Leo Supra 35. Джерело: Вікіпедія

Сканувальна тунельна мікроскопія (СТМ): дозволяє побачити електронні хмари атомів.
Атомно-силовий мікроскоп (АСМ): «торкається» молекул нанозондом, як невидимий нанопалець.

Рис 2. Конфокальна мікроскопія клітин HeLa: видно ядра (сині), мітохондрії (червоні) та цитоскелет (зелений). Джерело: Sciencephoto

Уявіть – ми можемо доторкнутись до атома або навіть написати слово атомами.

🧠 Поміркуйте:

Чим сканувальні мікроскопи відрізняються від звичайного електронного мікроскопа?
Чому СЕМ дає об’ємне зображення, а СТМ – дані про електронну щільність?
Що змінюється у науці, коли ми бачимо не просто клітину, а форму окремого атома?

🔎 Сьогодні ми з’ясуємо:

Як працюють СТМ, АСМ та СЕМ
Який метод підходить для біологічних зразків, а який – для поверхонь матеріалів
Як виглядають віруси, білки, мембрани і навіть окремі атоми

2. Тобі може знадобитися

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 10 хв.

🛠 Як провести:

Почніть із фрази: «Сьогодні ви побачите те, чого не бачила жодна людина 50 років тому»

Покажіть анімаційний ролик «Хлопчик та його атом» створений переміщенням окремих молекул чадного газу сканувальним тунельним мікроскопом

📌 Обговоріть:

Що унікального отримує людство завдяки цим технологіям?

Які відкриття стали можливими завдяки кожному з цих мікроскопів?

🎯 Головна ідея: СЕМ, СТМ та АСМ – це мікроскопи нового покоління.

🔬 Мікроскопи майбутнього вже тут!

Уявіть, що ви інженер/ка на нанорівні. Ваші інструменти – не викрутки, а пучки електронів і голки в сто разів тонші за волосину.

🧲 Сканувальний тунельний мікроскоп (СТМ) працює завдяки квантовому ефекту тунелювання. Наноголка «пливе» над поверхнею і вимірює надслабкий струм що виникає між голкою (зондом) і поверхнею досліджуваного матеріалу – на основі його змін формується зображення – топографічна карта поверхні. Збільшення напруги може привести до зміщення атомів поверхні (атоми можна рухати) або й викликати хімічну реакцію.

Рис. 3. 35 атомів ксенону, викладені у слово-логотип компанії “IBM” за допомогою СТМ у 1990 році. Джерело: Nature

У 2013 році за допомогою переміщення окремих молекул чадного газу (СО) скануючим тунельним мікроскопом компанією IBM research створений анімаційний фільм під назвою «Хлопчик та його атом»: Клікайте, щоб переглянути на YouTube

Команда створила 242 зображення з 65 молекулами чадного газу. Їх було об’єднано у відеоролик. Кожен кадр має розміри лише 45 на 25 нанометрів. На створення фільму чотирьом дослідникам знадобилося два тижні по 18 годин на день.

🪡 Атомно-силовий мікроскоп (AСM) сканує рельєф поверхні, вимірюючи силу відштовхування або притягання. Його голка настільки чутлива, що може «відчути» борозни на молекулі ДНК. Завдяки АСМ можна маніпулювати наноскопічними об’єктами, наприклад, окремими молекулами. Мікроскопія, що використовується для відтворення вигляду поверхні (чи великої молекули) з точністю до окремого атома, шляхом механічного дослідження контурів поверхні за допомогою спеціальної скануючої голки, мікроскопічний рух якої вверх та вниз при пересуванні над поверхнею фіксується спеціальним п’єзоелектричним сенсором. В атомному силовому мікроскопі поверхню сканує тонкий щуп, розташований на кінці консольної балки, яку називають кантилевером. Високоточне переміщення поверхні під щупом забезпечують п’єзоелектричні елементи, які змінюють свою довжину в залежності від прикладеної напруги. Рухаючись над нерівною поверхнею, щуп підіймається і опускається, і ці дуже малі вертикальні переміщення детектуються за допомогою лазерного променя, який падає на верхню поверхню консольної балки з прикріпленим дзеркалом.

Рис. 5. АСМ-зображення молекули фарбника перилену фіолетового – видно форму молекули і навіть водневі зв’язки, позначені червоними стрілками. Зверніть увагу на реальну довжину шкали на зображенні – 10 ангстрем, що складає лише 1 нм. Джерело: Springer

🌐 Сканувальний електронний мікроскоп (СЕМ) використовує електронний промінь, який ковзає по поверхні зразка. Відбиті електрони формують чітке 3D-зображення навіть найдрібніших деталей: від вірусних шипів до форм органел. Досліджуваний зразок в умовах промислового вакууму сканується сфокусованим електронним пучком середніх енергій. Розроблені методики дозволяють досліджувати не тільки властивості поверхні зразка, але також візуалізувати й отримувати інформацію про властивості підповерхневих структур, які розташовані на глибині декілька мікронів від сканованої поверхні.

Рис. 6. Зображення пилку різних покритонасінних рослин, отримані СЕМ. Джерело: Вікіпедія

💡 Довідково:

СТМ – використовується тільки для поверхонь, які проводять електричний струм
AСM – універсальний, підходить для біологічних та матеріалознавчих досліджень
СЕМ – потужний для структур, які потребують глибини та чіткості, дозволяє отримати 3D-зображення біологічних об’єктів, але вимагає високого вакууму

🧠 Поміркуйте:

Чому СТМ працює лише на зразках, що проводять струм (найчастіше металевих чи вкритих металами)?
Який метод краще підходить для дослідження живих клітин?
Що ми можемо дізнатись про віруси, коли зможемо побачити кожен шип?

3. Життєва ситуація

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 10 хв.

Демонстрація:

Запропонуйте учням уявити себе дослідниками, які отримали невідомі зразки і мають визначити, що саме вони бачать – ДНК, молекули білків чи вірус.

Окрім запропонованих, покажіть серії реальних зображень чи відео, отриманих СТМ, АСМ і СЕМ – нехай спробують розпізнати об’єкти, та або класифікувати їх за типом методу.

Можна пограти в гру «вгадай що на фото», переглянувши спільно классом це, або схоже відео на Ютуб

📢 Обговорення:

Чому СЕМ не підходить для аналізу живих клітин?

Як розрізняються сигнали: сила струму у СТМ, згин голки-зонду у АСМ, відбиті електрони в СЕМ?

Як формується 3D-інформація на основі цих сигналів?

🎯 Ключова ідея:

Сканувальна мікроскопія – вхід у світ наноформ. Вона вирішує не лише задачі білогічних досліджень, а й хімії, фізики та матеріалознавства.

🕵️‍♂️ «Мікроскопічний детектив»

Уявіть себе ти стажерами у передовій біотехнологічній лабораторії. На столі – зразки. Завдання – визначити, що це: фрагмент ДНК, частина вірусного капсиду чи молекули білків? Мікроскопи, якими користувалися ще вчора, вже не підходять. Оптична лінза? Слабке збільшення. Навіть електронна трансмісійна мікроскопія не дозволяє побачити поверхню об’єктів в об’ємі.

Настав час для дійсно потужних інструментів. У нас три інструменти – треба обирати мудро:

Сканувальна тунельна мікроскопія (СТМ)

Використовує квантовий тунельний струм. Дає можливість «прощупати» електронну оболонку атомів. Ідеально підходить для візуалізації ДНК на поверхні провідника (наприклад, графіту чи золота).

Атомно-силова мікроскопія (АСМ)

Наноголка відчуває рельєф молекули так, ніби торкається її. Застосовується для біомолекул у будь-якому середовищі, навіть у рідині. Ідеально – для дослідження ДНК, білків і навіть клітинної мембрани.

Сканувальна електронна мікроскопія (СЕМ)

Промінь електронів поступово торкається кожної частини поверхні зразка. СЕМ створює об’ємні, наддеталізовані зображення, де видно структуру клітин, вірусів і навіть наночастинок.

🕵️‍♂️ Крок 1: Ваше завдання – розпізнати те, що бачите:

🔍 Кейс 1: Зображення отримане за допомогою СТМ

Рис. 7. Біологічний об’єкт «сфотографований» СТМ. Джерело: Squarespace

🤔 – Що це? ______________________________________________________

🔍 Кейс 2: Зображення АСМ

Рис. 8. Біологічний об’єкт «сфотографований» АCМ. Джерело: Walley

🤔 – Що це? ______________________________________________________

🔍 Кейс 3: Зображення СЕМ

Рис. 9. Біологічний об’єкт «сфотографований» СЕМ. Джерело: SpringerNature

🤔 – Що це? ______________________________________________________

📺 Крок 2: «Відеогра» – пограйте разом з классом, клікнувши на відео: вгадай що на зображенні?

💬 Подумайте:

Як відрізнити ДНК від білкових агрегатів або вірусів?
Чим СЕМ відрізняється від СТМ/АСМ за принципом дії та типом зображення?
Які із методів дозволяє працювати з біомолекулами?

🧬 Що ви спостерігаєте:

СТМ показує форму молекули на атомному рівні.
АСМ дозволяє сканувати не тільки тверді, а й м’які біооб’єкти.
СЕМ – чемпіон за деталізацією поверхні, але працює тільки з зневодненими і зазвичай металізованими зразками.

💡 Висновок:

Ми не просто спостерігаємо об’єкти – кожна форма, кожен вигин зразку – це підказка.

4. Попрактикуймо самостійно

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 15 хв.

Завдання 1: СЕМ-препарат крові людини

Уважно проаналізуйте зображення крові людини отримане за допомогою сканувального електронного мікроскопа:

Рис. 10. SEM-зображення клітин крові людини. Джерело: LEICA

Назвіть структури позначені літерами А, В, С:

А – _____________________________
В – _____________________________
С – _____________________________

У скільки разів збільшено зображення на рис 10?
Відповідь _________________________________________________________________
Якомога точніше визначте реальні розміри клітини, що позначена нарисунку літерою С
Відповідь _________________________________________________________________
Яку функцію виконує форменний елемент крові, позначений на Рис. 10 літерою В?
Відповідь _________________________________________________________________
Яка органела відсутня у зрілих клітинах крові людини та інших ссавців, позначених літерою А?
Відповідь _________________________________________________________________

Очікувані відповіді учнівства:

Завдання 1: СЕМ-препарат крові людини

Клітини:
А – еритроцит
В – тромбоцит
С – лейкоцит
Збільшення: у 8000 разів (це написано на фото – Рис. 10)
Розміри: можна прийняти відповіді у районі 4-6 мкм
Функції елемента В: процес згортання крові (гемостаз)
Відсутня органела у зрілого елемента А: ядро

Завдання 2: СЕМ-органели

Рис. 11. SEM-зображення органел еукаріотичних клітин. Джерело: Sciencephoto

На зображенні Рис. 11 літерами A, B, C, D позначено органели еукаріотичних клітин на оброблених графічним редактором мікрофотографіях. Спробуйте ідентифікувати ці структури.

Виконайте завдання, напишіть назви органел, та опишіть їх функції:

Органела А – ____________________________________________________________________________
Функції:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Органела B – ____________________________________________________________________________
Функції:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Органела C – ____________________________________________________________________________
Функції:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Органела D – ____________________________________________________________________________
Функції:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Очікувані відповіді учнівства:

Завдання 2: СЕМ-органели еукаріотичних клітин

Органела А – мітохондрія
Органела B – хлоропласт
Органела С – апарат (комплекс) Гольджі
Органела D – ядро

Дружня порада для вчителя

✅ Головна ідея:

Тренуючись ідентифікувати біологічні структури – ви станете справжнім фахівцем-практиком!

Рефлексія

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 5 хв.

Як провести:

Запропонуйте учням написати 1-2 речення: «Якби я досліджував/ла будову віруса, я використав(ла) би ___, тому що___»

📌 Питання для глибшого осмислення:

Як змінився ваш погляд на можливості сучасних технологій після аналізу СТМ/АСМ/СЕМ-зображень?

У чому для вас сьогодні проявилася краса науки?

Закінчіть речення:

Я зрозумів/ла, що СТМ, АСМ, та СЕМ мають наступні відмінності:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Якби я досліджував/ла поверхню мікропроцесора, я би використав/ла такий з цих мікроскопів:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Мені захотілось дізнатись більше про:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Оцініть свій рівень розуміння:

👍 – Я можу пояснити, що таке сканувальні та атомно-силові мікроскопи, як вони працюють і навіщо їх використовують.
🤔 – Я розумію основи, але мені ще складно розрізняти біологічні об’єкти на зображеннях.
👎 – Мені поки складно, хочу ще попрактикувати аналіз зображень.

💬 Обговорення:

Як би ви пояснили іншим, чим сканувальні та атомно-силові мікроскопи відрізняються від трансмісійного?
Чи зрозуміли ви ключові відмінності у доцільності застосування сканувальних, атомно-силових та трансмісійних мікроскопів?

У вільний від відпочинку час

📺 Відео для допитливих:

10 Дивовижних речей під мікроскопом, чи зможете вгадати що там?
https://www.youtube.com/watch?v=zigyZZUmPXg
(Канал: Fact Monkey)
50 СЕМ об’єктів: https://www.youtube.com/watch?v=QYelIGuyirs
(Канал: Top Bucket)

🕹 Інтерактивні моделі:

Галерея СЕМ-зображень https://www.nanoscience.com/sem-image-gallery/
Галерея СТМ-зображень https://www.sciencephoto.fr/images/stm
Галерея АСМ-зображень https://www.nanosurf.com/en/afm-image-galler

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 30. Сканувальна електронна, тунельна та атомно-силова мікроскопія

Очікувані результати навчання

Місце уроку в темі: Урок є логічним продовженням попередніх занять, де вивчались оптичні, флуоресцентні та електронні методи візуалізації.

Проблема уроку: Чи можна «побачити» окремі молекули чи навіть атоми?

Очікувані результати для учнівства:

Я можу пояснити, як працюють сканувальний електронний, сканувальний тунельний та атомно-силовий мікроскопи і чим вони відрізняються.
Я аналізую мікрофотографії і можу ідентифікувати клітинні структури або біомолекули.
Я розумію значення наномікроскопії для сучасної біології, медицини та матеріалознавства.

Ключові слова:

сканувальна електронна мікроскопія
сканувальна тунельна мікроскопія (СТМ)
атомно-силова мікроскопія (АСМ)
нанотопографія
п’єзоелектричні сканери
тунельний струм
зондування

План уроку

Мотивація – «Як людство навчилось бачити неможливе?» (5 хв)
Тобі може знадобитися – принципи роботи мікроскопів. (10 хв)
Життєва ситуація – розпізнати зображення. (15 хв)
Попрактикуймо самостійно – самостійна ідентифікація структур. (10 хв)
Рефлексія (5 хв)

1. Мотивація

🔬 Як ми навчилися бачити неможливе?

Що, якщо можна не просто побачити вірус, а розгледіти виступи на його оболонці? Що, якщо можна не лише уявити, а реально побачити поверхню однієї молекули ДНК або білка?

Оптичні мікроскопи мають межу. Електронні – значно потужніші, але і в них є свої обмеження.

Але сучасна наука не зупиняється! Сьогодні в арсеналі біолога – ультраінструменти:

Сканувальний електронний мікроскоп (СЕМ): створює чіткі 3D-зображення поверхні клітин і вірусів за допомогою електронного променя.

Сканувальна тунельна мікроскопія (СТМ): дозволяє побачити електронні хмари атомів.
Атомно-силовий мікроскоп (АСМ): «торкається» молекул нанозондом, як невидимий нанопалець.

Уявіть – ми можемо доторкнутись до атома або навіть написати слово атомами.

🧠 Поміркуйте:

Чим сканувальні мікроскопи відрізняються від звичайного електронного мікроскопа?
Чому СЕМ дає об’ємне зображення, а СТМ – дані про електронну щільність?
Що змінюється у науці, коли ми бачимо не просто клітину, а форму окремого атома?

🔎 Сьогодні ми з’ясуємо:

Як працюють СТМ, АСМ та СЕМ
Який метод підходить для біологічних зразків, а який – для поверхонь матеріалів
Як виглядають віруси, білки, мембрани і навіть окремі атоми

2. Тобі може знадобитися

🔬 Мікроскопи майбутнього вже тут!

Уявіть, що ви інженер/ка на нанорівні. Ваші інструменти – не викрутки, а пучки електронів і голки в сто разів тонші за волосину.

🧲 Сканувальний тунельний мікроскоп (СТМ) працює завдяки квантовому ефекту тунелювання. Наноголка «пливе» над поверхнею і вимірює надслабкий струм що виникає між голкою (зондом) і поверхнею досліджуваного матеріалу – на основі його змін формується зображення – топографічна карта поверхні. Збільшення напруги може привести до зміщення атомів поверхні (атоми можна рухати) або й викликати хімічну реакцію.

У 2013 році за допомогою переміщення окремих молекул чадного газу (СО) скануючим тунельним мікроскопом компанією IBM research створений анімаційний фільм під назвою «Хлопчик та його атом»: Клікайте, щоб переглянути на YouTube

Команда створила 242 зображення з 65 молекулами чадного газу. Їх було об’єднано у відеоролик. Кожен кадр має розміри лише 45 на 25 нанометрів. На створення фільму чотирьом дослідникам знадобилося два тижні по 18 годин на день.

🪡 Атомно-силовий мікроскоп (AСM) сканує рельєф поверхні, вимірюючи силу відштовхування або притягання. Його голка настільки чутлива, що може «відчути» борозни на молекулі ДНК. Завдяки АСМ можна маніпулювати наноскопічними об’єктами, наприклад, окремими молекулами. Мікроскопія, що використовується для відтворення вигляду поверхні (чи великої молекули) з точністю до окремого атома, шляхом механічного дослідження контурів поверхні за допомогою спеціальної скануючої голки, мікроскопічний рух якої вверх та вниз при пересуванні над поверхнею фіксується спеціальним п’єзоелектричним сенсором. В атомному силовому мікроскопі поверхню сканує тонкий щуп, розташований на кінці консольної балки, яку називають кантилевером. Високоточне переміщення поверхні під щупом забезпечують п’єзоелектричні елементи, які змінюють свою довжину в залежності від прикладеної напруги. Рухаючись над нерівною поверхнею, щуп підіймається і опускається, і ці дуже малі вертикальні переміщення детектуються за допомогою лазерного променя, який падає на верхню поверхню консольної балки з прикріпленим дзеркалом.

🌐 Сканувальний електронний мікроскоп (СЕМ) використовує електронний промінь, який ковзає по поверхні зразка. Відбиті електрони формують чітке 3D-зображення навіть найдрібніших деталей: від вірусних шипів до форм органел. Досліджуваний зразок в умовах промислового вакууму сканується сфокусованим електронним пучком середніх енергій. Розроблені методики дозволяють досліджувати не тільки властивості поверхні зразка, але також візуалізувати й отримувати інформацію про властивості підповерхневих структур, які розташовані на глибині декілька мікронів від сканованої поверхні.

💡 Довідково:

СТМ – використовується тільки для поверхонь, які проводять електричний струм
AСM – універсальний, підходить для біологічних та матеріалознавчих досліджень
СЕМ – потужний для структур, які потребують глибини та чіткості, дозволяє отримати 3D-зображення біологічних об’єктів, але вимагає високого вакууму

🧠 Поміркуйте:

Чому СТМ працює лише на зразках, що проводять струм (найчастіше металевих чи вкритих металами)?
Який метод краще підходить для дослідження живих клітин?
Що ми можемо дізнатись про віруси, коли зможемо побачити кожен шип?

3. Життєва ситуація

🕵️‍♂️ «Мікроскопічний детектив»

Уявіть себе ти стажерами у передовій біотехнологічній лабораторії. На столі – зразки. Завдання – визначити, що це: фрагмент ДНК, частина вірусного капсиду чи молекули білків? Мікроскопи, якими користувалися ще вчора, вже не підходять. Оптична лінза? Слабке збільшення. Навіть електронна трансмісійна мікроскопія не дозволяє побачити поверхню об’єктів в об’ємі.

Настав час для дійсно потужних інструментів. У нас три інструменти – треба обирати мудро:

Сканувальна тунельна мікроскопія (СТМ)

Використовує квантовий тунельний струм. Дає можливість «прощупати» електронну оболонку атомів. Ідеально підходить для візуалізації ДНК на поверхні провідника (наприклад, графіту чи золота).

Атомно-силова мікроскопія (АСМ)

Наноголка відчуває рельєф молекули так, ніби торкається її. Застосовується для біомолекул у будь-якому середовищі, навіть у рідині. Ідеально – для дослідження ДНК, білків і навіть клітинної мембрани.

Сканувальна електронна мікроскопія (СЕМ)

Промінь електронів поступово торкається кожної частини поверхні зразка. СЕМ створює об’ємні, наддеталізовані зображення, де видно структуру клітин, вірусів і навіть наночастинок.

🕵️‍♂️ Крок 1: Ваше завдання – розпізнати те, що бачите:

🔍 Кейс 1: Зображення отримане за допомогою СТМ

🤔 – Що це? ______________________________________________________

🔍 Кейс 2: Зображення АСМ

🤔 – Що це? ______________________________________________________

🔍 Кейс 3: Зображення СЕМ

🤔 – Що це? ______________________________________________________

📺 Крок 2: «Відеогра» – пограйте разом з классом, клікнувши на відео: вгадай що на зображенні?

💬 Подумайте:

Як відрізнити ДНК від білкових агрегатів або вірусів?
Чим СЕМ відрізняється від СТМ/АСМ за принципом дії та типом зображення?
Які із методів дозволяє працювати з біомолекулами?

🧬 Що ви спостерігаєте:

СТМ показує форму молекули на атомному рівні.
АСМ дозволяє сканувати не тільки тверді, а й м’які біооб’єкти.
СЕМ – чемпіон за деталізацією поверхні, але працює тільки з зневодненими і зазвичай металізованими зразками.

💡 Висновок:

Ми не просто спостерігаємо об’єкти – кожна форма, кожен вигин зразку – це підказка.

4. Попрактикуймо самостійно

Завдання 1: СЕМ-препарат крові людини

Уважно проаналізуйте зображення крові людини отримане за допомогою сканувального електронного мікроскопа:

Назвіть структури позначені літерами А, В, С:

А – _____________________________
В – _____________________________
С – _____________________________

У скільки разів збільшено зображення на рис 10?
Відповідь _________________________________________________________________
Якомога точніше визначте реальні розміри клітини, що позначена нарисунку літерою С
Відповідь _________________________________________________________________
Яку функцію виконує форменний елемент крові, позначений на Рис. 10 літерою В?
Відповідь _________________________________________________________________
Яка органела відсутня у зрілих клітинах крові людини та інших ссавців, позначених літерою А?
Відповідь _________________________________________________________________