Mit dem Rasterelektronenmikroskop ist es möglich eine Oberfläche mittels eines Elektronenstrahls, der sehr fein gebündelt wird, abzutasten. Im Gegensatz zur Vergrößerung eines Lichtmikroskops (maximal ca. 1000fach) kann mit Hilfe des Rasterelektronenmikroskops eine Vergrößerung bis zu 100000 erreicht werden. Die Auflösung liegt bei einigen nm, also im Bereich großer Moleküle.

Aufbau des REM

Das Rasterelektronenmikroskop ist wie folgt aufgebaut:

• Strahlerzeugungssystem, bestehend aus einer Wolfram-Glühkathode, aus der Elektronen geschleudert werden, einem Steuerzylinder (Wehnelt-Zylinder) und einer Anode, welche die Elektronen beschleunigt.
• XY-Ablenksystem zur Erzeugung eines Zeilenrasters
• Linsensystem, bestehend aus zwei Kondensorlinsen und einer Endlinse die der feinen Bündelung des primären Elektronenstrahls dienen
• Sekundärelektronendetektor, der die Sekundärelektronen registriert, die beim auftreffen des Elektronenstrahls auf die Probe aus der Probe herausgeschleudert werden. Außerdem gibt es noch weitere Detektoren: Rückstreuelektronendetektoren registrieren Rückstreuelektronen, EDX-Detektoren registrieren Röntgenstrahlen. Je nach Fragestellung werden die verschiedenen Detektoren verwendet.
• Elektronische Signalverarbeitung, welche die Helligkeit des korrespondierenden Leuchtpunktes auf dem Monitorschirm seuert. Die Information für die Steuerung erhält sie vom Sekundärelektronendetektor. Die Signale vom Sekundärelektronendetektor werden hier verstärkt.
• Rastergenerator, welcher das XY-Ablenksystem des EM-Tubus und des Monitors synchronisiert.
• Probenkammer, in die das Präparat eingeschleust werden kann.
• Vakuumpumpen, welche für ein Hochvakuum im EM-Tubus sorgt.

Präparation von Proben

Da in der Rasterelektronenmikroskopie nur leitende Oberflächen dargestellt werden können, müssen die Proben speziell präpariert werden. Durch aufdampfen eines Metallfilmes (z. B. Gold) werden die Oberflächen der biologischen Objekte leitend gemacht. Dabei ist darauf zu achten, das die Schicht nicht zu dick aufgedampft wird, da sonst die feinen Strukturen des Objekts abgedeckt werden. Da die Abtastung mit dem Elektronenstrahl im Hochvakuum stattfindet, müssen die Objekte außerdem vor der vor dem Bedampfen so präpariert werden, dass das Objekt absolut wasserfrei sind.
 
 

Funktionsweise

Der komplette Vorgang des Mikroskopierens findet im Hochvakuum statt, um Wechselwirkungen mit Atomen und Molekülen in der Luft zu vermeiden. Die Elektronen werden mit einer Wolfram-Glühkathode im Wehnelt-Zylinder erzeugt, und zu einer gesättigten Elektronenwolke konzentriert.

Durch Anlegen einer Hochspannung (1-30 KeV) zwischen Kathode und Anode werden die Elektronen als Strahl aus der Elektronenwolke herausgesogen. Der so entstandene Elektronenstrahl wird mit anschließend mit Hilfe von Magnetspulen abgelenkt und gebündelt.

Diese Magnetspulen dienen als magnetische Linsen (2 Kondensorlinsen, Objektivlinse), d. h. der Durchmesser des Elektronenstrahls wird durch Linsen verkleinert. Bis jetzt gibt es nur magnetische Linsen, die als Sammellinsen fungieren. Leider ist es bis heute noch nicht gelungen, Streulinsen zu entwickeln mit denen es möglich wäre, Linsenfehler auszugleichen, ähnlich wie es bei Lichtmikroskopen der Fall ist.

Der fein gebündelte Elektronenstrahl wird über die Probenfläche gerastert. Außer der Bündelung des Strahls findet eine x-y-Ablenkung mit Hilfe von Ablenkspulen statt, die deren Hilfe das Objekt abgerastert wird. Die Ablenkung wird über einen Rastergenerator gesteuert und findet synchron sowohl im EM-Tubus als auch auf dem Monitor statt.
Trifft der Elektronenstrahl auf Probenfläche so werden die Elektronen abgebremst. Sie geben kinetische Energie an die Probe ab. Dadurch werden Sekundärelektronen aus der Probenfläche abgelöst. Weitere Signale sind außerdem Rückstreuelektronen und Röntgenstrahlen. Die Anzahl der Signale hängt von der Neigung der Probenoberfläche relativ zum Elektronenstrahl und vom Probenmaterial ab.

Es gibt verschiedene Detektoren, die je nach Fragestellung die verschiedenen Signale registrieren. Meist werden die Sekundärelektronen als Signal verwendet. Diese werden vom Sekundärelektronendetektor registriert. Das Signal wird durch einen Signalverstärker verstärkt und steuert die Intensität des Elektronenstrahls des Monitors, der mit der Rasterbewegung des primären Elektronenstrahls im Mikroskop synchronisiert ist. Dadurch entsteht ein Abbild der Probenoberfläche auf dem Monitorschirm.

Werden auf der Probenoberfläche viele Sekundärelektronen herausgelöst, so erscheint der Punkt am Monitorschirm hell. Das Verhältnis der abgerasterten Zeilenlänge und Zeilenhöhe auf der Probe bestimmt die Vergrößerung des REMs. Der limitierende Faktor für die Vergrößerung eines REMs ist der Durchmesser des  Elektronenstrahls. Mit modernen REMs sind Bildpunkte mit einem Abstand von 1 nm noch unterscheidbar (zum Vergleich: der Durchmesser eines Atoms beträgt etwa 0,1 nm).
 

Anwendungbereiche

• Materialforschung
• Biologisch-medizinische Fragestellungen (Morphologische Untersuchungen, Lokalisation von Proteinen mittels Immunomarkierung.
• Schadensanalyse (Untersuchung von Bruchflächen)
• Kriminalistik (Vergleichsuntersuchungen an sehr kleinen Objekten)
• Qualitätskontrolle (Qualität von Bauelementen in der Halbleitertechnologie)

• Großer apparativer und präparativer Aufwand,
• Keine Untersuchung an lebenden biologischen Objekten möglich, da die Präparate absolut wasserfrei sein müssen.
• Nur schwarz-weiß Bilder möglich.

  Kopf eine Ameise

  Oberfläche eines Collembolen

  Mundwerkzeuge einer Zecke