Lexikon der Neurowissenschaft

Elektronenmikroskopie

Elektronenstrahlen von nahezu Lichtgeschwindigkeit, wie sie in einem Hochspannungsfeld von 40-100 kV (Kilovolt) zwischen einer Elektronen aussendenden Glühkathode und einer ihr gegenüber positiven Anode im Vakuum entstehen, verhalten sich in vielfacher Hinsicht wie Lichtwellen: Sie werden an Objektstrukturen, abhängig von deren Massendichte (Dichte × Dicke), gebeugt und können durch elektrische oder magnetische Felder (wie Licht durch optische Linsen) abgelenkt bzw. durch rotationssymmetrische Felder (Elektronenlinsen) in einem Brennpunkt vereinigt werden. Dabei läßt sich deren Brennweite durch Veränderung der Feldstärke variieren ("Gummilinse", Zoomlinse). Diese Bedingungen gelten allerdings nur im Hochvakuum (Gasdruck unter ca. 1/100 Pascal), wo bremsende Zusammenstöße mit Gasmolekülen vermieden werden. Die Wellenlänge ergibt sich aus der de Broglieschen Beziehung λ = h/(m·v) (h = Plancksches Wirkungsquantum = 6,626·10-34J·s, m = Elektronenmasse, v = Elektronengeschwindigkeit) und steht zur angelegten Beschleunigungsspannung (U) im Verhältnis λ = 1,23/√U (wenn λ in nm und U in V angegeben werden). Bei 40-100 kV entspräche das Wellenlängen von ca. 0,01-0,003 nm, die also 5 Zehnerpotenzen unter den in der Lichtmikroskopie verwendeten Wellenlängen (360-780 nm) liegen. Vergleichbare elektromagnetische Strahlung (Röntgenstrahlen) könnte nicht zur Bilderzeugung benutzt werden, da diese sich nicht ausreichend durch Linsen beeinflussen läßt. 40-100 kV-Elektronenstrahlen vermögen allerdings nur dünne Schichten (organisches Material: 70-100 nm Dicke) ohne allzugroßen Energieverlust zu durchdringen. In den verschiedenen Objektpartien werden sie je nach deren Dichte in unterschiedlichem Maße gestreut. Fängt man die gebeugten Elektronen durch eine Blende ab, so entwirft der Rest-Strahl ein Schattenbild der lokal unterschiedlichen Elektronendichten im betreffenden Objekt, das nun entsprechend dem Strahlengang im Lichtmikroskop durch eingeschaltete Elektronenlinsen in mehreren Stufen vergrößert und auf einem Fluoreszenzschirm oder einer Photoplatte aufgefangen werden kann. Die Vergrößerung läßt sich durch Änderung der Linsenströme und, von ihnen abhängig, der elektrischen oder magnetischen Linsen-Feldstärken variieren. Die Grenzauflösung von 0,5 nm erreicht man erst in photographischen Aufnahmen, die wegen des feinen Korns photographischer Emulsionen erst bei 5-10facher Nachvergrößerung dem Betrachter alle Details des elektronenmikroskopischen Primärbildes preisgeben.

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