Was ist Transmissionselektronenmikroskopie?
Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) ist eine Bildgebungstechnologie, bei der Elektronenstrahlen sehr dünn geschnittene Proben passieren. Während die Elektronen durch die Probe übertragen werden und mit ihrer Struktur interagieren, wird ein Bild aufgelöst, das vergrößert und auf ein Bildmedium wie einen fotografischen Film oder einen fluoreszierenden Bildschirm fokussiert oder von einer speziellen CCD-Kamera aufgenommen wird. Da die in der Transmissionselektronenmikroskopie verwendeten Elektronen eine sehr kleine Wellenlänge haben, können TEMs mit viel höheren Auflösungen als herkömmliche optische Mikroskope, die von Lichtstrahlen abhängen, abbilden. Aufgrund ihres höheren Auflösungsvermögens spielen TEMs eine wichtige Rolle in den Bereichen Virologie, Krebsforschung, Materialforschung sowie in der mikroelektronischen Forschung und Entwicklung.
Der erste TEM-Prototyp wurde 1931 gebaut, und bis 1933 wurde ein Gerät mit einem höheren Auflösungsvermögen als Licht unter Verwendung der Bilder von Baumwollfasern als Testmuster demonstriert. In den nächsten Jahrzehnten wurden die Bildgebungsfähigkeiten der Transmissionselektronenmikroskopie verfeinert, wodurch die Technologie für die Untersuchung biologischer Proben nützlich wurde. Nach der Einführung des ersten Elektronenmikroskops in Deutschland im Jahr 1939 verzögerte sich die weitere Entwicklung durch den Zweiten Weltkrieg, in dem ein Schlüssellabor bombardiert wurde und zwei Forscher starben. Nach dem Krieg wurde das erste Elektronenmikroskop mit 100k-Vergrößerung eingeführt. Sein grundlegender mehrstufiger Aufbau findet sich immer noch in der modernen Transmissionselektronenmikroskopie.
Im Zuge der Weiterentwicklung der TEM-Technologie wurde in den 1970er Jahren eine verwandte Technologie, die Raster-Transmissionselektronenmikroskopie (STEM), weiterentwickelt. Die Entwicklung der Feldemissionskanone und einer verbesserten Objektivlinse ermöglichte die Abbildung von Atomen mit STEMs. Ein Großteil der Entwicklung der STEM-Technologie resultierte aus Fortschritten in der Transmissionselektronenmikroskopie.
TEMs enthalten normalerweise drei Linsenstufen: die Kondensorlinse, die Objektivlinse und die Projektorlinse. Der Primärelektronenstrahl wird von der Sammellinse gebildet, während die Objektivlinse den Strahl fokussiert, der durch die Probe hindurchgeht. Die Projektionslinse erweitert den Strahl und projiziert ihn auf die Bilderzeugungsvorrichtung, beispielsweise einen elektronischen Bildschirm oder ein Filmblatt. Andere spezialisierte Linsen werden verwendet, um Strahlverzerrungen zu korrigieren. Die Energiefilterung wird auch verwendet, um chromatische Aberration zu korrigieren, eine Form der Verzerrung, die durch die Unfähigkeit einer Linse verursacht wird, alle Farben des Spektrums auf den gleichen Konvergenzpunkt zu fokussieren.
Während sich verschiedene Transmissionselektronenmikroskopiesysteme in ihren spezifischen Ausgestaltungen unterscheiden, haben sie mehrere Komponenten und Stufen gemeinsam. Das erste davon ist ein Vakuumsystem, das den Elektronenstrom erzeugt und elektrostatische Platten und Linsen enthält, mit denen der Bediener den Strahl lenken kann. Der Probentisch enthält Luftschleusen, mit denen das zu untersuchende Objekt in den Strom eingeführt werden kann. Mechanismen in diesem Stadium ermöglichen das Positionieren der Probe für eine optimale Sicht. Eine Elektronenkanone wird verwendet, um den Elektronenstrom durch das TEM zu "pumpen". Schließlich gibt eine Elektronenlinse, die ähnlich wie eine optische Linse wirkt, die Objektebene wieder.