Das Rasterelektronenmikroskop

Mikroskope der verschiedenen Typen sind das wichtigste Hilfsmittel der Cytologie.

Durch Kombination der verschiedenen Mikroskoptypen, wie Lichtmikroskop, Transmissionselektronenmikroskop (TEM) und Rasterelektronenmikroskop (REM) können optimale Ergebnisse erzielt werden.

Im Gegensatz zum TEM bei dem die Elektronen das Objekt durchstrahlen, eignet sich das Rasterelektronenmikroskop für ungeschnittene Zellen oder Gewebe, die erzeugten Bilder erscheinen dreidimensional. Allerdings ist die Auflösung des REM mit 10 nm und die effektive Vergrößerung von bis zu 20 000fach deutlich schlechter als im TEM (Auflösung 0,1 nm). Subzelluläre Organellen werden daher eher im TEM betrachtet.

Größe biologischer Strukturen und Einsatzbereich verschiedener Mikroskopiearten

Aufbau

Als Strahlungsquelle dient im Rasterelektronenmikroskop eine Haarnadelkatode, die im Vakuum auf fast 2 000 °C aufgeheizt wird. Die hierbei freigesetzten Elektronen werden durch eine Anode, welche Ähnlichkeit mit einer Lochblende besitzt, auf annähernde Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. An die Apparatur wird ein Vakuum angelegt, um die Kollision des Elektronenstrahls mit Luftmolekülen zu verringern.

Um den Elektronenstrahl effektiv zu bündeln wird der Elektronenstrahl nach Verlassen der Anode durch einen Doppelkondensor geleitet. Bei den Kondensoren handelt es sich um elektromagnetische Spulen, welche Elektronen fokussieren können, ebenso wie Glaslinsen die Lichtwellen.

Im Gegensatz zum TEM fehlen dem REM Objektiv- und Projektivlinsen. Die Endlinse des mehrstufigen Kondensorlinsensystems wird jedoch häufig als „Objektiv“ bezeichnet, da sie der starken Bündelung des Elektronenstrahls dient.

Der nun punktförmige Elektronenstrahl tastet Punkt für Punkt und Zeile für Zeile die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts ab. Dieser Vorgang wird auch als „Rasterung“ bezeichnet.

Hierbei wird die Energie der Elektronen der Oberflächenmoleküle des Objekts erhöht. Die Elektronen werden also angeregt und können zum Teil auch ganz aus dem Objekt entfernt werden. Bei der Rasterung des Objekts entstehen also Strahlung und Wärme und ein Strahl sekundärer Elektronen, die aus dem bestrahlten Material stammen. Dieser sekundäre Elektronenstrahl wird detektiert und auf einem Fernsehschirm abgebildet. Auf diesem sieht man dann pro Objektdetail auf das der primäre Elektronenstrahl fällt einen Punkt (Pixel).

Da die Elektronen aus den Atomen der Oberfläche des betrachteten Objektes stammen erhält man Abbildungen der Oberfläche mit einer sehr guten Tiefenschärfe. Der Grad der Elektronenstreuung hängt vom Winkel der Oberfläche relativ zum Strahl ab, sodass im Bild helle Stellen und Schatten entstehen, was einen sehr guten dreidimensionalen Eindruck vermittelt.

Da dem REM Objektiv- und Projektivlinsen fehlen, muss die Vergrößerung erreicht werden, indem bei gleichbleibender Pixelzahl ein kleinerer Objektausschnitt abgerastert wird.

Behandlung der Proben

Die Proben die im Rasterelektronenmikroskop betrachtet werden sollen müssen fixiert und, da im Vakuum gearbeitet wird, komplett entwässert werden, denn sonst würde das in den Proben enthaltene Wasser durch den extrem geringen Druck anfangen zu kochen. Die Fixierung der Proben findet z.B. mit Glutaraldehyd statt. Das Entwässern wird erreicht indem man die Proben mit Alkohol in steigender Konzentration behandelt. Würde man die mit Alkohol behandelten Proben nun an der Luft trocknen lassen, so könnten durch starke Oberflächenspannungen Schrumpfartefakte auftreten.

Die fixierten und getrockneten Präparate werden anschließend mit einer dünnen, leitenden Metallschicht belegt, um statische Aufladungsphänomene, welche die Bildqualität beeinträchtigen würden, zu vermeiden. Man verwendet hierfür zum Beispiel Gold, aber auch Kohle.

Das Rasterelektronenmikroskop (REM)

Einleitung

Aufbau

Behandlung der Proben

Anwendungsbeispiele