Wat is transmissie-elektronenmicroscopie?
Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) is een beeldvormingstechnologie waarbij elektronenstralen door zeer dun gesneden monsters gaan. Terwijl de elektronen door het specimen worden overgedragen en met de structuur ervan interageren, lost een beeld op dat wordt vergroot en gefocust op een beeldvormend medium, zoals fotografische film of een fluorescerend scherm, of vastgelegd met een speciale CCD-camera. Omdat de elektronen die worden gebruikt bij transmissie-elektronenmicroscopie een zeer kleine golflengte hebben, kunnen TEM's een veel hogere resolutie hebben dan conventionele optische microscopen die afhankelijk zijn van lichtstralen. Vanwege hun hogere oplossend vermogen spelen TEM's een belangrijke rol op het gebied van virologie, kankeronderzoek, materiaalonderzoek en onderzoek en ontwikkeling op het gebied van micro-elektronica.
Het eerste TEM-prototype werd gebouwd in 1931 en tegen 1933 was een eenheid met een oplossend vermogen groter dan licht aangetoond met behulp van de afbeeldingen van katoenvezels als testmonster. In de komende decennia werden de beeldvormingsmogelijkheden van transmissie-elektronenmicroscopie verfijnd, waardoor de technologie nuttig werd in de studie van biologische monsters. Na de introductie van de eerste elektronenmicroscoop in 1939 in Duitsland, werden verdere ontwikkelingen vertraagd door de Tweede Wereldoorlog, waarin een belangrijk laboratorium werd gebombardeerd en twee onderzoekers stierven. Na de oorlog werd de eerste elektronenmicroscoop met een vergroting van 100k geïntroduceerd. Het fundamentele meertrapsontwerp is nog steeds terug te vinden in moderne transmissie-elektronenmicroscopie.
Naarmate de TEM-technologie volwassen werd, werd een gerelateerde technologie, scanning transmissie-elektronenmicroscopie (STEM), in de jaren 70 verfijnd. De ontwikkeling van het veldemissiekanon en een verbeterde objectieflens maakten de beeldvorming van atomen mogelijk met behulp van STEM's. Een groot deel van de ontwikkeling van STEM-technologie was het gevolg van verbeteringen in transmissie-elektronenmicroscopie.
TEM's bevatten meestal drie lensfasen: de condensorlens, de objectieflens en de projectorlens. De primaire elektronenstraal wordt gevormd door de condenserende lens, terwijl de objectieflens de straal focust die door het monster gaat. De projectielens zet de straal uit en projecteert deze op het beeldapparaat, zoals een elektronisch scherm of een filmvel. Andere gespecialiseerde lenzen worden gebruikt om straalvervormingen te corrigeren. Energiefiltering wordt ook gebruikt om chromatische aberratie te corrigeren, een vorm van vervorming die wordt veroorzaakt door het onvermogen van een lens om alle kleuren van het spectrum op hetzelfde convergentiepunt scherp te stellen.
Hoewel verschillende transmissie-elektronenmicroscopiesystemen verschillen in hun specifieke ontwerpen, hebben ze verschillende componenten en fasen gemeen. De eerste hiervan is een vacuümsysteem dat de elektronenstroom genereert en elektrostatische platen en lenzen bevat waarmee de operator de straal kan richten. Het preparaatstadium omvat luchtsluizen waarmee het te bestuderen object in de stroom kan worden gestoken. Mechanismen in deze fase maken het mogelijk het monster te positioneren voor een optimaal zicht. Een elektronenkanon wordt gebruikt om de elektronenstroom door de TEM te "pompen". Ten slotte reproduceert een elektronenlens, vergelijkbaar met een optische lens, het objectvlak.