Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Cryo-TEM

Das Auflösungsvermögen des TEM hängt von der Wellenlänge der Elektronen ab, die wiederum durch die Beschleunigungsspannung bestimmt wird. Elektronen haben eine Wellenlänge von 0.0038 nm bei einer Beschleunigungsspannung von 100 kV. Damit erzielt man ein 1000-fach höheres Auflösungsvermögen im Vergleich zum Lichtmikroskop, das mit Photonen einer Wellenlänge von ca. 550 nm arbeitet.

Voraussetzung ist, dass die zu untersuchenden Objekte dünn genug sind (max. 100 nm), damit sie vom Elektronenstrahl durchstrahlt werden können. Zur Bildentstehung tragen die durch die Wechselwirkung der einfallenden Elektronen mit den Probenatomen gestreuten Elektronen bei. Die Anzahl der gestreuten Elektronen ist abhängig von der Dicke der Probe. Ihr Streuwinkel und damit der Kontrast ist direkt proportional zur Massendichte.

Da die durchschnittliche Atomzahl biologischer Proben sehr klein ist (Hauptbestandteile sind Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff) besitzen sie nur einen geringen Eigenkontrast. Deshalb wurden eine Reihe von Präparationstechniken entwickelt, mit denen auch in unserem Labor die Proben für die Untersuchungen im Hochvakuum des TEM vorbereitet werden.

  Rasterelektronenmikroskopie (REM oder SEM)

Mit dem REM können Oberflächen großer Objekte (mm bis cm groß) zerstörungsfrei abgebildet werden. Der Primärelektronenstrahl wird auf die elektrisch leitfähige Probe in der Probenkammer fokussiert und mittels eines Zeilengenerators über die Probe gerastert. Durch die Wechselwirkung mit der Probe entstehen Sekundär- und Rückstreuelektronen, die mit Detektoren aufgezeichnet und zu einem künstlichen Bild zusammengesetzt werden.

Dabei können Oberflächenstrukturen mit hoher Tiefenschärfe im Größenbereich von nm bis mm sichtbar gemacht werden. Im Vergleich zum Lichtmikroskop hat das REM eine 1000-fach höhere Auflösung und eine 100-fach höhere Tiefenschärfe.

Das Auflösungsvermögen geht hinab bis zu einigen nm und ist durch die Strahlverbreiterung in der Probe sowie durch die Erzeugung von Sekundärelektronen durch Rückstreuelektronen limitiert.

Für die REM müssen die Proben vakuumbeständig und elektrisch leitfähig sein. Mit speziellen Präparationstechniken werden die Proben, die diese Voraussetzungen nicht erfüllen, für die Untersuchungen vorbereitet.