Elektronenmikroskop

Ein Elektronenmikroskop kann extrem kleine Details vergrößern, da es Elektronen statt Licht verwendet. Es kann Objekte bis zu 500.000× vergrößern.

Geschichte

Das erste Elektronenmikroskop wurde 1931 von Ernst Ruska gebaut. Es wurde in den 1950er Jahren weiterentwickelt und brachte die Naturwissenschaften erheblich voran. Der Vorteil des Elektronenstrahls ist, daß er eine sehr viel kleinere Wellenlänge als Licht hat (→Partikel-Welle-Dualität), was eine höhere Auflösung ermöglicht. Ein Lichtmikroskop erlaubt eine Auflösung von ca. 0,2 µm, während ein Elektronenmikroskop Details unter 1 nm darstellen kann.

Technik

Elektronenstrahlen werden von einer Kathode ausgesandt und durch Magnetlinsen auf das Objekt fokussiert. Sie werden dann durch Magnetlinsen vergrößert, bis sie eine photographische Platte oder lichtempfindliche Sensoren erreichen. Das resultierende Bild heißt electron micrograph (EM).

Typen

Das Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) erzeugt zweidimensionale Bilder, z.B. von Zellen, während das Rasterelektronenmikroskop (REM, teilweise wird im Deutschen auch die englische Abk. SEM (von Scanning electron microscope) verwendet) dreidimensionale Bilder erzeugt. Wie der Name andeutet, erzeugt das TEM Bilder, indem es Elektronen detektiert, die durch das Objekt dringen. Im Gegensatz dazu misst das SEM sekundäre Elektronen, die durch die Interaktion der ausgesandten Elektronen mit der Oberfläche des Objekts entstehen. Die Auflösung des TEM ist gewöhnlich um eine Größenordnung besser als die des REM; allerdings kann das REM auch Bilder von dickeren Objekten erzeugen, und hat einen besseren 3D-Kontrast.

Probenaufbereitung

Proben, die unter dem Elektronenmikroskop betrachtet werden sollen, müssen eine Reihe von Vorbereitungen durchlaufen:

• Fixierung - um die Probe realistischer darstellen zu können. Verwendet werden Glutaraldehyde zur Härtung und osmic acid, um Lipide schwarz zu färben.
• Dehydrierung - Wasser wird entfernt und durch Ethanol oder Propanon ersetzt.
• Einbettung - Um Gewebe sektionieren zu können.
• Sektionierung - Aufteilen der Probe in dünne Scheiben. Diese können auf einem Ultra-Mikrotom mit einer Diamantklinge geschnitten werden.
• Färbung - Metalle wie Blei und Uran reflektieren Elektronen und erhöhen so den Kontrast.

Nachteile

Die Proben müssen im Vakuum betrachtet werden, da Luft die Elektronen stören würde. Daher kann kein lebendes Material untersicht werden. Die aufwendige Vorbereitung der Proben kann zu Artefakten führen - Strukturen, die nur durch die Vorbereitung entstanden sind, und nichts mit dem eigentlichen Objekt zu tun haben, was die Auswertung der Bilder erschwert. Elektronenmikroskope sind darüber hinaus sehr teuer in Anschaffung und Unterhalt.