Av Karen S. Garvin Uppdaterad 24 mars 2022

Skanningstransmissionselektronmikroskopet (STEM) uppstod på 1950-talet och revolutionerade mikroskopisk avbildning genom att ersätta fotoner med en finfokuserad elektronstråle. Denna förändring möjliggör förstoringar långt bortom ~1 000×-gränsen för konventionella optiska mikroskop, och avslöjar detaljer som ljus helt enkelt inte kan lösa.

Så fungerar mikroskopet

Liksom sin optiska motsvarighet börjar ett transmissionselektronmikroskop (TEM) med en källa - en elektronkanon som avger en ström av negativt laddade elektroner. Dessa elektroner attraheras av en positivt laddad anod och styrs sedan av magnetiska linser som fokuserar strålen när den färdas genom en högvakuumkolonn. När de fokuserade elektronerna träffar provet på scenen sprids de och genererar röntgenstrålar. De spridda elektronerna och emitterade röntgenstrålar detekteras, förstärks och omvandlas till en signal som bildar en bild som visas på en monitor för forskaren.

Viktiga fördelar med transmissionselektronmikroskopi

1. Oöverträffad förstoring :TEM kan uppnå förstoringar på 10 000× och mer, vilket gör det möjligt för forskare att observera subcellulära strukturer – mitokondrier, ribosomer och andra organeller – i utsökt detalj.

2. Atomic-scale resolution :Den korta deBroglie-våglängden hos högenergielektroner tillåter avbildning av individuella atomer och det exakta arrangemanget av kristallgitter, väsentligt för materialvetenskap, nanoteknik och strukturbiologi.

3. Mångsidiga kontrastmekanismer :Genom att manipulera elektronoptik och använda specialiserade detektorer kan TEM framhäva sammansättningsskillnader, fasgränser och spänningsfält inom ett prov.

Begränsningar för transmissionselektronmikroskopi

Även om TEM erbjuder anmärkningsvärda insikter, har det inneboende begränsningar:

• Prover måste vara elektrontransparenta – vanligtvis <200 nm tjocka – vilket kräver noggrann förberedelse.
• Vakuummiljön utesluter avbildning av levande biologiska prover; levande celler måste frysas eller kemiskt fixeras.
• Högenergielektroner kan skada känsliga material, vilket kräver skyddande beläggningar eller färgning som kan förändra den inhemska strukturen.

Historiskt sammanhang

Strävan efter större förstoring började på 1930-talet när optiska mikroskop nådde sin fysiska gräns. 1931 var Max Knoll och ErnstRuska pionjärer för den första TEM, med hjälp av elektronoptik för att överträffa optiska gränser. Deras genombrott blev kommersiellt gångbart först i mitten av 1960-talet när tekniken mognade till pålitliga, tillgängliga instrument. För sitt banbrytande arbete fick ErnstRuska 1986 års Nobelpris i fysik.