Che cos'è la microscopia elettronica a trasmissione?
La microscopia elettronica a trasmissione (TEM) è una tecnologia di imaging in cui i fasci di elettroni attraversano campioni molto sottili. Man mano che gli elettroni vengono trasmessi attraverso il campione e interagiscono con la sua struttura, un'immagine si risolve e viene ingrandita e focalizzata su un mezzo di imaging, come una pellicola fotografica o uno schermo fluorescente, o catturata da una speciale telecamera CCD. Poiché gli elettroni utilizzati nella microscopia elettronica a trasmissione hanno una lunghezza d'onda molto piccola, i TEM possono rappresentare immagini con risoluzioni molto più elevate rispetto ai microscopi ottici convenzionali che dipendono dai raggi di luce. A causa del loro più alto potere di risoluzione, i TEM svolgono un ruolo importante nei campi della virologia, della ricerca sul cancro, dello studio dei materiali e della ricerca e sviluppo della microelettronica.
Il primo prototipo TEM fu costruito nel 1931 e, nel 1933, un'unità con un potere risolutivo maggiore della luce era stata dimostrata usando le immagini delle fibre di cotone come campione di prova. Nel corso dei decenni successivi, le capacità di imaging della microscopia elettronica a trasmissione sono state perfezionate, rendendo la tecnologia utile nello studio di campioni biologici. In seguito all'introduzione del primo microscopio elettronico in Germania nel 1939, ulteriori sviluppi furono ritardati dalla seconda guerra mondiale, in cui fu bombardato un laboratorio chiave e morirono due ricercatori. Dopo la guerra, fu introdotto il primo microscopio elettronico con ingrandimento di 100k. Il suo fondamentale design multi-stadio può ancora essere trovato nella moderna microscopia elettronica a trasmissione.
Con il maturare della tecnologia TEM, una tecnologia correlata, la microscopia elettronica a trasmissione a scansione (STEM), è stata perfezionata negli anni '70. Lo sviluppo della pistola ad emissione di campo e una lente dell'obiettivo migliorata hanno permesso l'imaging degli atomi usando gli STEM. Gran parte dello sviluppo della tecnologia STEM è derivato dai progressi nella microscopia elettronica a trasmissione.
Le TEM incorporano solitamente tre stadi dell'obiettivo: l'obiettivo condensante, l'obiettivo e l'obiettivo del proiettore. Il fascio di elettroni primario è formato dalla lente condensante, mentre la lente obiettivo focalizza il raggio che passa attraverso il campione. L'obiettivo sporgente espande il raggio e lo proietta sul dispositivo di imaging, come uno schermo elettronico o un foglio di pellicola. Altri obiettivi specializzati vengono utilizzati per correggere le distorsioni del fascio. Il filtro energetico viene anche utilizzato per correggere l'aberrazione cromatica, una forma di distorsione causata dall'incapacità di una lente di focalizzare tutti i colori dello spettro nello stesso punto di convergenza.
Mentre vari sistemi di microscopia elettronica a trasmissione differiscono per i loro progetti specifici, hanno diversi componenti e stadi in comune. Il primo di questi è un sistema di vuoto che genera il flusso di elettroni e incorpora piastre e lenti elettrostatiche con le quali l'operatore può dirigere il raggio. La fase del campione include airlocks che consentono l'inserimento dell'oggetto da studiare nel flusso. I meccanismi in questa fase consentono di posizionare il campione per una visione ottimale. Una pistola elettronica viene utilizzata per "pompare" il flusso di elettroni attraverso il TEM. Infine, una lente elettronica, che agisce in modo simile a una lente ottica, riproduce il piano dell'oggetto.