ICS Key Visual

Navigation und Service


Elektronen-Mikroskopie

Die Elektronenmikroskopie ist eine Methode, um Strukturen von Proben im unteren Mikrometer- bis Nanometerbereich zu visualisieren. In biologischen Proben und Modellsystemen gibt es Strukturen und Oberflächen, die mit dem Lichtmikroskop nicht mehr aufgelöst werden können. Diese Strukturen können mittels des Elektronenmikroskops charakterisiert werden.
Im Gegensatz zum Lichtmikroskop werden bei der Elektronenmikroskopie Elektronen statt Photonen verwendet. Die Elektronen werden mit Hilfe einer Spannung beschleunigt. Durch elektromagnetische Linsen fokussiert, treffen sie auf die Probe. Hier interagiert ein Teil der Elektronen mit den Atomen der Probe. Sie werden so von ihrem ursprünglichen Weg abgelenkt und nachfolgend herausgefiltert (Transmissions-Elektronen-Mikroskop, TEM) oder detektiert (Raster-Elektronen-Mikroskop, REM).

Beim TEM treffen die nicht abgelenkten Elektronen auf einen Leuchtschirm. Daher erscheinen Bereiche mit geringerer Dichte hell, Bereiche mit hoher Dichte dunkel. Dieser Kontrast kann im Bild ausgenutzt werden, um Strukturen der Probe zu erkennen. Damit die Elektronen nur mit der Probe wechselwirken, und nicht z.B. mit den Molekülen der Luft, des Wassers oder mit Staubteilchen, muß im Vakuum (10-7mbar) gearbeitet werden.

Abb. 01 TEMAbbildung 01

Probenpräparation

Damit gute Ergebnisse erzielt werden, müssen die Proben gewissen Anforderungen genügen:

  • Durchstrahlbarkeit
  • Strukturen müssen sichtbar, d.h. kontrastreich sein
  • Hohe Strahlenbelastbarkeit
  • Vakuumbeständigkeit, insbesondere Trockenheit

Leider erfüllen biologische Proben und Modellsysteme selten diese Anforderungen, was eine spezielle Probenpräparation erfordert.

Eine dieser Techniken ist die Negativ-Kontrastierung. Bei der Negativ-Kontrastierung wird eine Probe auf einen typischen TEM-Träger (Netzchen) adsorbiert und anschließend mit einer Schwermetallsalzlösung inkubiert. Das Schwermetall lagert sich um die entsprechende Struktur an. Im TEM erscheint die Probe hell, die Umgebung dunkel, was analog zur Fotografie als Negativ angesehen werden kann, daher der Name.

Abb. 02 TEMAbbildung 02


Abb. 03 TEMAbbildung 03

Beim Gefrierbruch wird die Probe (meist Suspensionen) sehr schnell bei ca. -196°C eingefroren (Abkühlrate Q=10000-100000°C/s), um Veränderungen der Struktur zu unterdrücken. Anschließend wird die Probe mit Hilfe eines Messers gebrochen (ähnlich wie ein Eiskratzer, der über eine Oberfläche geführt wird). Die Probe bricht an der schwächsten Stelle, bei Zellen sind das vorwiegend die Membranen. Nach dem Brechen wird die Probe mit einem Metallgemisch (Pt/C oder W/Ta) schräg bedampft. Hierdurch entsteht ein Höhenprofil der Bruchoberfläche. Eine zusätzliche Kohlenstoffschicht stabilisiert das so entstandene Replika, welches durch Waschschritte von der ursprünglichen Probe abgelöst wird. Ein solches Replika wird auf einem EM-Netzchen aufgefangen und im TEM untersucht.


Abb. 04 TEMAbbildung 04



Beim REM wird der Elektronenstrahl über die Probe geführt. Die Elektronen wechselwirken nur mit der oberen Schicht der Probe. Das REM ist geeignet, Oberflächen von auch voluminösen Proben abzubilden. Die Elektronen werden entweder an der Oberfläche reflektiert (Rückstreuelektronen) oder schlagen Sekundärelektronen heraus, die mittels eines entsprechenden Detektors analysiert werden. Aus der bekannten Position des Elektronenstrahls und der Stromstärke der Sekundärelektronen wird ein Bild der Oberfläche berechnet. Um einen guten Kontrast zu erhalten, wird die Probe mit Gold besputtert. Um eine sehr dünne, gleichmäßige Goldschicht aufzubringen, muß die Probe allerdings komplett getrocknet sein. Daher ist auch hier eine gewissenhafte Probenpräparation von großer Bedeutung.

Abb. 05 TEMAbbildung 05

Probenpräparation

Die Proben müssen zuerst getrocknet werden. Hierzu erfolgt ein Austausch von Wasser hin zu einem organischen Lösungsmittel, z.B. Methanol, Ethanol oder Aceton durch eine Konzentrationsreihe. Die Trocknung erfolgt durch Gefriertrocknung oder Kritisch-Punkt-Trocknung. Bei der Gefriertrocknung wird die Probe eingefroren und das Wasser der Probe sublimiert. Bei der Kritisch-Punkt-Trocknung wird das Lösungsmittel durch flüssiges CO2 ausgetauscht. Beim Erreichen des kritischen Punktes lösen sich die Phasen des Kohlendioxids auf. Nach Ablassen des CO2 ist die Probe trocken, wobei die Probe keiner Phasengrenze (z.B. flüssig, gasförmig) ausgesetzt wurde.

Ansprechpartner: Dr. S. Dieluweit


Servicemenü

Homepage