Pregled transmisijske elektronske mikroskopije
Transmisijski elektronski mikroskop (kratko TEM) lahko vidi fine strukture, manjše od 0.2 um, ki jih ni mogoče jasno videti pod optičnimi mikroskopi. Te strukture imenujemo submikrostrukture ali ultrastrukture. Da bi te strukture jasno videli, je treba izbrati vir svetlobe s krajšo valovno dolžino, da bi izboljšali ločljivost mikroskopa.
Uvod
Načelo slikanja elektronskega mikroskopa in optičnega mikroskopa je v bistvu enako, razlika je v tem, da prvi uporablja elektronski žarek kot vir svetlobe in elektromagnetno polje kot lečo. Poleg tega, ker je prodorna moč elektronskega žarka zelo šibka, je treba vzorec, ki se uporablja za elektronski mikroskop, izdelati v ultratanek rez z debelino približno 50 nm. To rezino je treba narediti z ultramikrotomom. Povečava elektronskega mikroskopa lahko doseže skoraj milijonkrat. Sestavljen je iz petih delov: osvetljevalni sistem, slikovni sistem, vakuumski sistem, snemalni sistem in napajalni sistem. Če je razdeljen: glavni del je elektronska leča in sistem za snemanje slik. Elektronske puške, kondenzatorska zrcala, vzorčne komore, objektivne leče, uklonska zrcala, vmesna zrcala, projekcijska zrcala, fluorescenčni zasloni in kamere v vakuumu.
Elektronski mikroskop je mikroskop, ki uporablja elektrone za razkrivanje notranjosti ali površine predmeta. Valovna dolžina hitrih elektronov je krajša od valovne dolžine vidne svetlobe (dualnost val-delec), ločljivost mikroskopa pa je omejena z valovno dolžino, ki jo uporablja. Zato je teoretična ločljivost elektronskega mikroskopa (približno 0,1 nanometra) veliko večja kot pri optičnem mikroskopu. (približno 200 nm).
Transmisijski elektronski mikroskop (kratko TEM), imenovan transmisijski elektronski mikroskop [1], projicira pospešen in koncentriran elektronski žarek na zelo tanek vzorec, elektroni pa trčijo z atomi v vzorcu, da spremenijo smer, s čimer ki povzroča sipanje pod trdnim kotom. . Velikost razpršilnega kota je povezana z gostoto in debelino vzorca, tako da je mogoče oblikovati slike z različno svetlostjo in temnostjo, slike pa bodo prikazane na slikovnih napravah (kot so fluorescenčni zasloni, filmi in fotoobčutljive spojne komponente) po povečavi in ostrenju.
Zaradi zelo kratke de Brogliejeve valovne dolžine elektrona je ločljivost transmisijskega elektronskega mikroskopa veliko večja kot pri optičnem mikroskopu, ki lahko doseže 0.1-0,2 nm, povečava pa je več deset tisoč do milijonkrat. Zato lahko z uporabo transmisijske elektronske mikroskopije opazujemo fino strukturo vzorcev, tudi strukturo le enega samega stolpca atomov, ki je desettisočkrat manjši od najmanjše strukture, ki jo lahko opazujemo z optično mikroskopijo. TEM je pomembna analitična metoda na številnih znanstvenih področjih, povezanih s fiziko in biologijo, kot so raziskave raka, virologija, znanost o materialih, pa tudi nanotehnologija, raziskave polprevodnikov itd.
Pri majhnih povečavah je kontrast pri TEM slikanju predvsem posledica različne absorpcije elektronov zaradi različne debeline in sestave materiala. Ko je večkratnik povečave velik, bodo kompleksna nihanja povzročila razlike v svetlosti slike, zato je za analizo pridobljene slike potrebno strokovno znanje. Z uporabo različnih načinov TEM je mogoče slikati vzorec glede na njegove kemijske lastnosti, kristalografsko orientacijo, elektronsko strukturo, elektronski fazni premik vzorca in na splošno glede na absorpcijo elektronov.
Prvi TEM sta razvila Max Knorr in Ernst Ruska leta 1931, ta raziskovalna skupina je leta 1933 razvila prvi TEM z ločljivostjo, ki presega vidno svetlobo, in prvi komercialni TEM leta 1939.
Velik TEM
Transmisijski elektronski mikroskopi velikega merila (konvencionalni TEM) običajno uporabljajo pospeševalno napetost elektronskega žarka 80-300kV. Različni modeli ustrezajo različnim napetostim pospeška elektronskega žarka. Ločljivost je povezana z napetostjo pospeška elektronskega žarka, ki lahko doseže 0.2-0.1nm. Vrhunski modeli lahko dosežejo razlikovanje na atomski ravni.
Nizkonapetostni TEM
Pospeševalna napetost elektronskega žarka (5 kV), ki se uporablja v nizkonapetostnem majhnem TEM (Low-Voltage electron microscope, LVEM), je veliko nižja kot pri velikem TEM. Nižja pospeševalna napetost bo povečala moč interakcije med elektronskim žarkom in vzorcem ter s tem izboljšala kontrast in kontrast slike, kar je še posebej primerno za vzorce, kot so polimeri in biologija; hkrati pa bo nizkonapetostni transmisijski elektronski mikroskop manj poškodoval vzorec.
Ločljivost je nižja kot pri velikem elektronskem mikroskopu, 1-2nm. Zaradi nizke napetosti lahko TEM, SEM in STEM kombiniramo v eni napravi
Cryo-EM
Kriomikroskopija je običajno opremljena z opremo za zamrzovanje vzorcev na običajnem transmisijskem elektronskem mikroskopu za hlajenje vzorca na temperaturo tekočega dušika (77 K), ki se uporablja za opazovanje temperaturno občutljivih vzorcev, kot so beljakovine in biološke rezine. Z zamrzovanjem vzorca lahko zmanjšamo poškodbe vzorca z elektronskim žarkom, zmanjšamo deformacijo vzorca in pridobimo bolj realistično obliko vzorca.
