コロナウイルスの電子顕微鏡写真

って本当ですか。アメリカの国立研究所提供の写真には、一番重要なスケールがありません。
日本の国立研究所提供の写真には最初１００ｎｍのスケールがありましたが、今はありません。
中国が発表したウイルス2個並んだ写真にのみ１００ｎｍのスケールが残っています。
これから推測するとウイルスの大きさは約６０ｎｍです。

　電子顕微鏡にはＳＥＭとＴＥＭがありますが、ＳＥＭで６０ｎｍのウイルスは見えません。
その倍率は１０万倍が限度だからです。加速電圧も１５ｋＶ程度です。
ＴＥＭは０．１μｍの薄膜を電子が透過した像になります。透過させるため加速電圧は３００ｋＶ
にもなります。
　１５ｋｖで加速された電子のエネルギーは１５０００ｘ1.60×10−19 J＝2.4ｘ１０⁻¹⁵Ｊ
１mol当たり、１．４ｘ１０⁶ｋＪ
　３００ｋＶの場合２．８ｘ１０⁸ｋＪ
何れも有機物は粉々になります。
ＳＥＭは金かＰｔメッキで有機物の破壊を防止出来ますが、ＴＥＭは出来ません。
コロナウイルスのＴＥＭ像はどのように撮影しているのですか？

教えて下さい。

No.3 回答者： himagene 回答日時： 2020/02/29 15:34

#1です。

まず、お詫びと訂正です。先にSEM像に繊維が見えていると書きましたが、早とちりでした。人間の細胞に取り付いたウイルスを撮ったものとのことです。
「何故ウイルスの周りの棘が見えないのか」とのことですが、撮影者に顕微鏡の性能と目的を聞いてみないとわかりません。使ったSEMの分解能による制限、広視野の撮影が目的の場合に高分解能で撮影すると時間がかかり過ぎるなどの理由が考えられます。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
ＳＥＭで６０ｎｍの有機物を見るには５０万倍は必要です。この場合、高真空でないと鮮明な画像は得られません。
高真空だと、先に書いたように高温度で有機物は焼けてしまいます。
３ｘ３ｍｍの視野を５０倍で見た時、９ｍｍ²当たりの当たるエネルギーを５ｋeVとしても
５０万倍では３．６ｘ１０⁻¹¹ｍｍ当たりの当たるエネルギーを５ｋeVとなって、２．５ｘ１０¹¹倍にもなります。
これを、どのように防いでいるのか教えて下さい。
また、ＳＥＭは立体像が写るので、写真のような色分けは不要です。電子顕微鏡写真はモノクロです。
誤解を招くような色分けは必要ないと思います。

お礼日時：2020/02/29 16:03

No.2 回答者： sandaba 回答日時： 2020/02/27 10:40

計算のロジックがさっぱり理解できないのですが、とりあえず現実問題としてウイルス「だけ」を単純にTEMで見たら、ほとんど透明です。

だから通常は、ウランや鉛といった重金属（電子線を通しにくい＝不透明）で染色します。それらが隙間に入ることでコントラストがつく。タンパク質など生体物質のあるところは白く抜けて、その間の空間が黒くなる。ネガティブ染色と呼びます。ニュース映像でお決まりのように出てくる電顕写真はこのやり方で撮ったものです。

なお、無染色で撮るやり方も近年発達しています。クライオ電顕や位相差電顕。興味あればそれらのキーワードでぐぐってください。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
写真３のウイルスのタンパク質など生体物質のあるところは黒くなって、その間の空間が白くなっていますが。
重元素は電子を透過しにくいので、このような写真になるのではないのですか。
無染色で撮るやり方は昔からされています。厚みに差があっても、濃淡写真は撮れます。

＞１mol当たり、１．４ｘ１０⁶ｋＪ
はＣ－Ｈ結合エネルギーの単位の４００ｋＪmol⁻¹に合わせたためです。次元が異なれば比較になりません。

お礼日時：2020/02/27 11:27

No.1 回答者： himagene 回答日時： 2020/02/26 19:33

論文にはスケールが必要ですが、最近は、無断使用を恐れて一般向けにはスケールを消して公開することが多いようです。

＞電子顕微鏡にはＳＥＭとＴＥＭがありますが、ＳＥＭで６０ｎｍのウイルスは見えません。
最近のSEMは1nm以下まで集束可能であり、電子のエネルギーを最適化すれば0.4nmの分解能は可能です。

＞その倍率は１０万倍が限度だからです。加速電圧も１５ｋＶ程度です。
倍率と分解能は別物ですが、SEMの倍率は80万倍のものが市販されています。JEOLや日立ハイテクなど、メーカーのカタログをご覧ください。

＞１mol当たり、１．４ｘ１０⁶ｋＪ
1 molの物質の構成分子のそれぞれに電子が衝突する時の電子の全エネルギーを計算されているものと思いますが、何のためにこの値を求めるのか理解に苦しみます。もしかしたら、電子と分子の相互作用はビリヤードのような剛体衝突をイメージされておられるのかも知れませんが、原子核はpm程度の大きさであり分子の内部はほとんどが物質が無い空間です。従って、剛体衝突的な衝突は殆ど起こりません。入射電子と分子の衝突は原子核や電子による電界（電磁力）との相互作用によるものが殆どです（原子核の近くを通って軌道が曲げられることも衝突と呼びます）。小惑星や彗星が惑星の近くを通過して軌道が変わるようなイメージです。
なお、試料の破壊を気にされているようですが、電子のエネルギーを全部試料に与えたら透過率はゼロで、像は真っ黒けになってしまいます。
細かな話は省きますが、そもそも200kVで加速された電子のエネルギーはウランの　K殼のエネルギーよりも大きいために、どんな物質を持ってきても電子遷移による共鳴的な吸収は起こらず（正確には、吸収エネルギー分布の裾野による吸収はある）、ほとんど通過します（詳細はデータベースをご覧ください）。ただし、吸収は無くても弾性散乱（多重散乱）によって電子の進路が曲げられますので、それによる濃淡は観測できます。少し古い文献ですがhttps://www.jstage.jst.go.jp/article/sicejl1962/ …もご参考にしてください。因みに、電流値とビーム径のカタログ値から概算すると、分解能(1nmとする)の面積を通過する電子の数は、毎秒1~数個程度です。

＞ＳＥＭは金かＰｔメッキで有機物の破壊を防止出来ますが、
金メッキは破壊を防ぐためではなく、帯電を防ぎ空間電荷による電子の軌道偏向を避けるためです。特にSEMの2次電子のエネルギーは数十eVと小さいので空間電荷による影響（像の歪み）は大きいです。

＞コロナウイルスのＴＥＭ像はどのように撮影しているのですか？
自分で撮ったわけでは無いので違っているかもしれませんが、ごく普通の方法かと思います。
SEMとTEMの両方が公開されています。
https://globalbiodefense.com/2020/02/13/niaid-ma …の1番最初の写真はSEM,3番目はTEMによる写真です。色付けは疑似カラーです。
ウイルスは10nm厚程度の炭素膜かコロジオン膜に載せているものと思います。SEMイメージには繊維が見えるのでコロジオン膜かもしれません。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
ＳＥＭ像ではCOVID-19の長い足のような突起は殆ど見えません何故でしょう。
SEMは1nm以下まで集束可能であり、電子のエネルギーを最適化すれば0.4nmの分解能は可能です。
が、このような条件は真空に近い状態で観測する場合です。真空では試料に溜まる電子の渦電流で試料の温度は
高温になります。金属や無機物では問題ありませんが、有機物では分解します。そのため、金、Ｐｔやカーボン蒸着して
帯電しないように導通を施しますが、ＥＰＭＡで経験しましたが、そうしても有機物は焼けてしまいます。
３枚目のＴＥＭ像と２枚目のＳＥＭ像が同じCOVID-19とすれば、ＳＥＭはＴＥＭの２/5の倍率です。
このような倍率で、綺麗な画像の得られるのは不思議です。

お礼日時：2020/02/27 07:49