Biophysics · 04.14

電子顕微鏡

The electron microscope

🧠 電子顕微鏡electron microscopy, EM電子顕微鏡（electron microscopy, EM）electron microscopy, EM（電子顕微鏡）は加速電子accelerated electron加速電子（accelerated electron）accelerated electron（加速電子）の短いド・ブロイde Broglieド・ブロイ（de Broglie）de Broglie（ド・ブロイ）波長を利用し、光学顕微鏡light microscopy, LM光学顕微鏡（light microscopy, LM）light microscopy, LM（光学顕微鏡）より高い分解能を得る。

電子線で像を作る

電磁レンズelectromagnetic lenses電磁レンズ（electromagnetic lenses）electromagnetic lenses（電磁レンズ）で電子線electron beam電子線（electron beam）electron beam（電子線）を集束focusing集束（focusing）focusing（集束）する。TEMは透過電子で内部構造、SEMは表面からの二次電子secondary electrons二次電子（secondary electrons）secondary electrons（二次電子）などで形態を描く。

flowchart TD
  A["電子を<span class='jp-term jp-term-diagram' title='high'>高電圧</span>で加速"]
  B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='electromagnetic lenses'>電磁レンズ</span>で<span class='jp-term jp-term-diagram' title='focusing'>集束</span>"]
  C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='signal'>試料相互作用信号</span>を検出"]
  A --> B
  B --> C

TEMとSEM

\lambda=\frac{h}{p},\qquad d\propto\frac{\lambda}{\mathrm{NA}}

実用分解能は波長だけでなくレンズ収差、試料、真空vacuum真空（vacuum）vacuum（真空）、検出器に制限される。

短波長と分解能の代償

電子線electron beam電子線（electron beam）electron beam（電子線）の短波長は電子の波動性fluctuance (fluctuant)波動性（fluctuance (fluctuant)）fluctuance (fluctuant)（波動性）から得られる。光学顕微鏡light microscopy, LM光学顕微鏡（light microscopy, LM）light microscopy, LM（光学顕微鏡）の回折限界より高い分解能を可能にするが、電子レンズの収差や試料損傷が実際の限界を決める。

TEMは薄切sectioning薄切（sectioning）sectioning（薄切）試料が必要。
SEMは表面形状topography表面形状（topography）topography（表面形状）に強い。
生物試料は固定・脱水・染色が必要でアーチファクトartifactアーチファクト（artifact）artifact（アーチファクト）を生じうる。

医学・測定への応用

細胞小器官organelles細胞小器官（organelles）organelles（細胞小器官）、ウイルス、高分子複合体macromolecular complex高分子複合体（macromolecular complex）macromolecular complex（高分子複合体）の観察に不可欠。

まとめ

電子顕微鏡electron microscopy, EM電子顕微鏡（electron microscopy, EM）electron microscopy, EM（電子顕微鏡）は加速電子accelerated electron加速電子（accelerated electron）accelerated electron（加速電子）の短いド・ブロイde Broglieド・ブロイ（de Broglie）de Broglie（ド・ブロイ）波長を利用し、光学顕微鏡light microscopy, LM光学顕微鏡（light microscopy, LM）light microscopy, LM（光学顕微鏡）より高い分解能を得る。
TEMは薄切sectioning薄切（sectioning）sectioning（薄切）試料が必要。
細胞小器官organelles細胞小器官（organelles）organelles（細胞小器官）、ウイルス、高分子複合体macromolecular complex高分子複合体（macromolecular complex）macromolecular complex（高分子複合体）の観察に不可欠。