miniatura|Unha imaxe de microscopio electrónico de transmisión dun grupo de poliovirus. O virus da polio é de só 30 nm de diámetro. miniatura|upright=1.5|Principio operativo dun microscopio electónico de tansmisión
O microscopio electrónico de transmisión (MET ou, polas súas siglas en inglés, TEM) é un tipo de microscopio no cal se transmite un feixe de electróns a través dun espécime a observar para formar unha imaxe del. O espécime adoita ser unha sección ultrafina de menos de 100 nm de grosor ou unha suspensión situada nunha grella ou reixa. A imaxe fórmase pola interacción dos electróns coa mostra a medida que o feixe de electróns se transmite atravesando o espécime. Algúns electróns rebotan ou son absorbidos na mostra, pero outros atravesan a mostra e poden usarse para formar a imaxe. A imaxe é despois ampliada e enfocada sobre un aparello que mostre a imaxe, como unha pantalla fluorescente, unha capa de película fotográfica ou un sensor como un escintilador unido a un dispositivo de carga acoplada (cámara CCD). Para enfocar non se usan lentes de vidro ou cristal senón "lentes" normalmente electromagnéticas (electroimáns).
Os microscopios electrónicos de transmisión non utilizan a luz para obter as imaxes, senón un feixe de electróns, e poden obtelas a unha resolución moito máis grande que os microscopios de luz, debido á menor lonxitude de onda de de Broglie dos electróns comparada coa dos fotóns de luz. Isto permite que o instrumento capture finos detalles, incluso tan pequenos como unha soa columna de átomos, que é miles de veces máis pequena que os obxectos resolvibles utilizando microscopia óptica.
A estrutura dun microscopio electrónico de transmisión consta das seguintes partes principais: Canón de electróns, que emite os electróns que chocan ou atravesan o espécime, creando unha imaxe aumentada. Lentes magnéticas para crear campos que dirixen e enfocan o feixe de electróns, xa que as lentes convencionais utilizadas nos microscopios ópticos non funcionan cos electróns. Teñen lentes condensadoras, obxectivo e proxectoras. Sistema de baleiro. Crea o baleiro no interior do microscopio. Debido a que os electróns poden ser desviados polas moléculas do aire do interior do microscopio, debe facerse un baleiro case total no seu interior. Placa fotográfica ou pantalla fluorescente, que se coloca detrás do obxecto a visualizar para rexistrar a imaxe aumentada. Sistema de rexistro que mostra a imaxe que producen os electróns, que adoita ser un computador.
A microscopia electrónica de transmisión é un método analítico moi importante en física, química e bioloxía. Os METs teñen aplicación na investigación do cancro, viroloxía e ciencia dos materiais así como na investigación sobre polución, nanotecnoloxía e semicondutores, pero tamén noutros eidos do saber, como a paleontoloxía e palinoloxía.
Os MET teñen moitos modos de funcionar, como a obtención de imaxes convencional, as imaxes obtidas con MET de varrido (METV ou, en inglés, STEM), as difraccións, espectroscopia e combinacións delas. Incluso na obtención de imaxes convencional hai moitos xeitos fundamentalmente diferentes de producir o contraste, chamados "mecanismos de contraste de imaxes". O contraste pode orixinarse por diferenzas en grosor ou densidade do material dunha posición a outra ("contraste masa-grosor"), número atómico ("contraste Z", onde Z é simboliza o número atómico), estrutura cristalina ou orientación ("contraste cristalográfico" ou "contraste de difracción"), o lixeiro cambio de fase mecánico-cuántico que cada átomo produce nos electróns que pasan a través deles ("contraste de fase"), a enerxía perdida polos electróns ao pasaren a través da mostra ("imaxes de espectro") e doutros modos. Cada mecanismo indica ao usuario un tipo diferente de información, dependendo non só do mecanismo de contraste senón tamén de como se use o microscopio (disposición das lentes, aperturas e detectores). Isto significa que un MET pode dar unha extraordinaria variedade de información a resolución nanométrica ou atómica, revelando en casos ideais non só onde están todos os átomos mais tamén que tipos de átomos son e como están enlazados entre si. Por esta razón o MET considérase unha ferramenta esencial para as nanociencias tanto no campo da bioloxía coma no dos materiais.
O primeiro MET foi demostrado por Max Knoll e Ernst Ruska en 1931, os cales desenvolveron o primeiro MET que tiña unha resolución maior á da luz en 1933 e o primeiro MET comercial en 1939. En 1986, Ruska recibiu o premio Nobel de Física polo o desenvolvemento da microscopia electrónica de transmisión.
Historia
Desenvolvemento inicial miniatura|Duplicado dun MET inicial exhibido no Deutsches Museum de Múnic, Alemaña. miniatura|Un microscopio elctrónico de transmisión (1976).
En 1873, Ernst Abbe propuxo que a capacidade de resolver detalles nun obxecto estaba limitada aproximadamente pola lonxitude de onda da luz utilizada para obter a imaxe, o que é uns poucos centos de nanómetros para os microscopios de luz visible. O desenvolvemento dos microscopios de luz ultravioleta (UV), levou a Köhler e Rohr a conseguir incrementar o poder de resolución ao dobre.ultraviolet microscope. (2010). In Encyclopædia Britannica. Consultado o 20 de novembro de 2010 da Encyclopædia Britannica Online Porén, isto requiría custosas ópticas de cuarzo, debido á absorción da luz UV polo vidro. Críase que non era posible obter unha imaxe con información submicrométrica debido á restrición imposta pola lonxitude de onda.
En 1858, Plücker observou a desviación dos "raios catódicos" (electróns) polos campos magnéticos. Este efecto foi utilizado por Ferdinand Braun en 1897 para construír dispositivos de medición de osciloscopios de raios catódicos simples. En 1891, Riecke decatouse de que os raios catódicos podían ser enfocados por campos magnéticos, o que fixo posible o deseño de lentes electromagnéticas simples. En 1926, Hans Busch publicou un traballo ampliando esta teoría e mostrando que a ecuación dos fabricantes de lentes podía, coas asuncións adecuadas, aplicarse aos electróns.
En 1928 na Universidade Técnica de Berlín, Adolf Matthias, profesor de Tecnoloxía de Alta Voltaxe e Instalacións Eléctricas, nomeou a Max Knoll para liderar un equipo de investigadores para avanzar no deseño de osciloscopios de raios catódicos. O equipo constaba de varios estudantes de doutoramento entre os cales estaban Ernst Ruska e Bodo von Borries. O equipo de investigación traballou no deseño de lentes e colocación da columna de osciloscopios de raios catódicos, para optimizar os parámetros e construír mellores osciloscopios, e conseguiuse facer que os compoñentes ópticos electrónicos xerasen imaxes de baixo aumento (case de 1:1). En 1931, o grupo conseguira xerar imaxes ampliadas de mallas de grellas situadas sobre a apertura do ánodo. O aparello usaba dúas lentes magnéticas para conseguir grandes aumentos, polo que pode dicirse que crearon o primeiro microscopio electrónico. Ese mesmo ano, Reinhold Rudenberg, o director científico da compañía Siemens, patentou un microscopio electrónico de lente electrostática.
Mellora da resolución
Nesa época os electróns considerábanse partículas de materia cargadas; a natureza de onda dos electróns non se comprendeu totalmente ata a tese de doutoramento de Louis de Broglie en 1924. O grupo de investigación de Knoll non foi consciente desa publicación ata 1932, cando se deron conta de que a lonxitude de onda de de Broglie dos electróns era moitas ordes de magnitude menor que a da luz, o que teoricamente permitiría obter imaxes a escalas atómicas. (Incluso para electróns cunha enerxía cinética de só 1 volt a lonxitude de onda é xa de só 1,23 nm.) En abril de 1932, Ruska suxeriu a construción dun novo microscopio electrónico para obter imaxes directas de espécimes inseridos dentro do microscopio, en vez de simples mallas de grellas ou imaxes de aperturas. Con este aparello conseguíronse imaxes de difracción e normais dunha folla de aluminio. Porén, o aumento acadable era menor que o dos microscopios ópticos. Aumentos maiores que os que podía ofrecer o microscopio óptico conseguíronse en setembro de 1933 con imaxes de fibras de algodón obtidas rapidamente antes de que o feixe de electróns deteriorase as fibras.
Nese momento aumentara o interese polo microscopio electrónico, e outros grupos como o de Paul Anderson e Kenneth Fitzsimmons da Universidade do Estado de Washington e o de Albert Prebus e James Hillier na Universidade de Toronto, construíron os primeiros METs en Norteamérica en 1935 e 1938, respectivamente, avanzando continuamente no deseño do MET.
En 1936 continuou a investigación sobre os microscopios electrónicos en Siemens; o obxectivo era o desenvolvemento e mellora das propiedades de obtención de imaxes do MET, especialmente con respecto a mostras biolóxicas. Nese período os microscopios electrónicos fabricábanos grupos específicos, como o aparello "EM1" utilizado no Laboratorio Nacional de Física do Reino Unido. En 1939, o primeiro microscopio electrónico comercial, mostrado na imaxe, instalouse no departamento de Física da IG Farben. Posteriores traballos sobre o microscopio electrónico foron dificultados pola destrución dun novo laboratorio construído na Siemens por un bombardeo estratéxico, así como pola morte de dous dos investigadores, Heinz Müller e Friedrick Krause, durante a segunda guerra mundial.
Investigacións posteriores
Despois da segunda guerra mundial Ruska reiniciou os traballos na Siemens, onde continuou desenvolvendo o microscopio electrónico, producindo o primeiro microscopio con 100.000 aumentos . A estrutura fundamental do deseño deste microscopio, cunha óptica de preparación de feixe multietapas, aínda se usa nos microscopios modernos. A comunidade mundial dedicada aos microscopio electrónicos seguiu avanzando cos fabricados en Manchester, Reino Unido, os EUA (RCA), Alemaña (Siemens) e o Xapón (JEOL). A primeira conferencia internacional sobre microscopia electrónica celebrouse en Delft en 1949, con máis de cen asistentes. Conferencias posteriores foron a "Primeira" conferencia internacional en París, 1950 e despois outra en Londres en 1954.
Co desenvolvemento do MET, reinvestigouse a técnica asociada da microscopia electrónica de transmisión de varrido (METV ou, en inglés, STEM) e permaneceu sen desenvolver ata a década de 1970, cando Albert Crewe na Universidade de Chicago desenvolveu o canón de emisión de campo e engadiu unha lente obxectivo de alta calidade para crear o moderno METV. Usando este deseño, Crewe demostrou a capacidade de obter imaxes de átomos usando imaxe de campo escuro anular. Crewe e colegas na Universidade de Chicago desenvolveron a fonte de emisión de electróns por campo fría e construíron un METV que podía visualizar átomos pesados separados en substratos de carbono delgados.
Introdución Electróns
Teoricamente, a máxima resolución, d, que se pode obter cun microscopio óptico está limitada pola lonxitude de onda dos fotóns (λ) e a apertura numérica AN do sistema.