elektronmicroscopie

Elektronmicroscopie is een verzamelnaam voor technieken die beelden leveren op nanometerschaal met behulp van elektronen in plaats van licht. Doordat elektronen een kortere golflengte hebben dan zichtbaar licht, kan men structuren waarnemen die met optische microscopie onzichtbaar blijven. Een elektronenbundel wordt in een vacuüm op het te onderzoeken materiaal gericht en de interactie levert signalen die worden omgezet in beelden en kaarten.

De belangrijkste typen zijn transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en scanning-elektronenmicroscopie (SEM). TEM projecteert elektronen door een ultradun monster en registreert de getransporteerde elektronen, wat hoge ruimtelijke resolutie oplevert. SEM scant het oppervlak met een elektronenbundel en bouwt een beeld op uit teruggekaatste of secundaire elektronen, wat vooral details van de oppervlakte laat zien. Er bestaan ook varianten zoals STEM en cryo-EM.

Monsterpreparatie varieert: TEM vereist dunne doorlaatmonsters of ultramicrotomen; biologische monsters worden vaak gefixeerd, gedroogd en ingebed of bevroren. SEM-monsters hoeven meestal niet extreem dun te zijn, maar moeten elektrisch geleidend zijn of gecoat worden om ladingsopbouw te voorkomen. Analyses kunnen naast beeldvorming ook spectroscopie omvatten, bijvoorbeeld energie-dispersieve röntgenspectroscopie (EDS) voor samenstelling.

Ruimtelijke resolutie bedraagt in TEM vaak subnanometer tot nanometerafstanden bij moderne instrumenten; SEM geeft doorgaans nano- tot meerdere nanometerresolutie. Toepassingen bevinden zich in materialenwetenschap, nanotechnologie, biologie en semiconductor-technologie. Beperkingen zijn hoge kosten, benodigde vakkennis, vacuum-omstandigheden en mogelijke stralingsschade aan gevoelige monsters.

Historisch: elektronmicroscopie werd ontwikkeld in de jaren 1930 door Ernst Ruska en Max Knoll; de eerste TEM-beelden verschenen in 1931. Ruska kreeg de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde in 1986. Sindsdien heeft de techniek zich uitgebreid met ontwikkelingen zoals cryo-EM die macromoleculaire structuren in hun native toestand kunnen afbeelden.