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¿Qué es un Microscopio Electrónico de Transmisión?

Un microscopio electrónico de transmisión es un dispositivo que permite visualizar la estructura interna de una muestra. Utiliza haces de electrones para irradiar una muestra ultrafina y detecta los electrones transmitidos y dispersos que atraviesan la muestra. Este tipo de microscopio es valioso en campos como la ingeniería de materiales y la bioquímica, ya que ofrece aumentos significativos en la observación de estructuras internas, superando las limitaciones de los microscopios ópticos. Su término en inglés es "Transmission Electron Microscope" (TEM).

Usos de los Microscopios Electrónicos de Transmisión

Los microscopios electrónicos de transmisión se utilizan para observar la estructura interna de una muestra con aumentos de varios cientos a varios millones de veces.

Puede observar células enteras en el nivel de decenas de micrómetros, así como estructuras de disposición atómica en el nivel de varios Å (1Å (angstrom) = 10-10m). Puede utilizarse para el análisis estructural de diversos materiales, como semiconductores y cerámicas, y para la observación de diversos objetos, como células, bacterias y otras muestras biológicas. Se puede obtener diversa información, como la observación de patrones de difracción de electrones ajustando el sistema de lentes, y el análisis elemental y de estado acoplando adicionalmente un espectrómetro. A diferencia de los microscopios electrónicos de transmisión de barrido (STEM), puede adquirir datos de imagen de una sola vez, por lo que a veces se utiliza para observar cambios en la estructura a lo largo del tiempo.

Principios de los Microscopios Electrónicos de Transmisión

El principio de los microscopios electrónicos de transmisión es que se irradian electrones acelerados sobre una muestra y se detectan los electrones transmitidos a través de la muestra para observar las condiciones internas. Aunque la estructura es similar a la de un microscopio óptico, la fuente de luz utilizada no es luz visible sino un haz de electrones, por lo que el grosor de la muestra debe reducirse a un nivel en el que los electrones puedan penetrar (menos de 100 nm). La diferencia en la densidad de electrones transmitidos a través de la muestra aparece como un contraste.

Cuanto más corta sea la longitud de onda de los electrones que irradian la muestra (cuanto mayor sea la energía), mayor será la resolución: cuando los electrones se aceleran a una tensión de aceleración de 300 kV, la longitud de onda es de 0,00197 nm, que es mucho más corta que la longitud de onda de la luz visible utilizada en microscopía óptica (aproximadamente de 380 nm a 780 nm), por lo que se obtiene una alta resolución (~0,1 nm), lo que permite una observación con alta resolución (~0,1 nm).
Cuanto mayor sea la tensión de aceleración, menor será la longitud de onda y mayor la resolución, pero esto aumenta el daño a la muestra y debe ajustarse adecuadamente. El límite superior de la resolución se sitúa en torno a 50 pm debido a factores como las aberraciones del sistema óptico.

Más Información sobre Microscopios Electrónicos de Transmisión

1. Preparación de Muestras para Microscopios Electrónicos de Transmisión

Algunas muestras requieren una preparación adecuada.

Muestras gruesas
Las muestras para microscopios electrónicos de transmisión en general deben diluirse hasta alcanzar un grosor de unos 100 nm.
1. método de dispersión
La muestra se dispersa en un disolvente y la dispersión se deja caer sobre el sustrato para su observación.
2. método del microtomo
Este método utiliza una cuchilla de diamante para adelgazar la muestra hasta un grosor de unos 100 nm. Las muestras blandas, como los polímeros, se enfrían con nitrógeno líquido y luego se cortan.
3. Método de fresado con Ar
Una muestra que se ha adelgazado mecánicamente hasta un grosor de varias decenas de micrómetros se irradia con iones Ar+, que rompen los enlaces de la muestra mientras la adelgazan.
4. Método FIB
El área objetivo se adelgaza mediante FIB mientras se observa con un microscopio electrónico de barrido (SEM), por ejemplo. Utilizando un microscopio electrónico de ultra alto voltaje (HVEM) con un voltaje de aceleración de 1000 kV o superior, es posible observar muestras con un espesor de alrededor de 5 µm. Sin embargo, como el equipo es muy grande y la estructura es compleja, pertenece principalmente a instalaciones de investigación como las universidades.

Muestras que no contienen elementos pesados
Los polímeros y las muestras biológicas se componen principalmente de elementos ligeros como C, H, N y O, que son muy permeables a los electrones y pueden no proporcionar suficiente contraste para la identificación estructural. La tinción electrónica selectiva con un agente de tinción con alta capacidad de dispersión de electrones (por ejemplo, OsO4 o RuO4) en la zona donde se va a observar la estructura puede proporcionar una imagen con suficiente contraste. La tinción con electrones puede alterar la estructura de la muestra y, para evitar este efecto, es eficaz el uso del contraste de fases en microscopios electrónicos de transmisión o en microscopios electrónicos de transmisión por barrido (STEM).

Muestras que se Evaporan o Subliman en Condiciones de Vacío Elevado
La evaporación o sublimación en condiciones de vacío elevado no sólo modifica la estructura y la forma de la muestra, sino que también puede provocar fallos en el equipo. Para evitarlo, deben utilizarse microscopios electrónicos de transmisión (ETEM) o crioEM controlados ambientalmente.

2. Principales Instrumentos Analíticos de los Microscopios Electrónicos de Transmisión

Dado que pueden obtenerse diversas señales distintas de los electrones irradiando una muestra con un haz de electrones acelerado, los microscopios electrónicos de transmisión pueden estar equipados con diversos tipos de dispositivos de análisis.

Difracción de electrones
Se obtiene una imagen de difracción de la muestra detectando la interferencia de haces de electrones dispersados elásticamente. El análisis de la imagen de difracción revela información cristalográfica, como la estructura y la orientación del cristal.

Espectroscopia de pérdida de energía de electrones (EELS)
Los haces de electrones inelásticamente dispersos son los haces de electrones emitidos por una muestra después de que el haz de electrones incidente haya excitado los electrones de la muestra. Midiendo cuánta energía pierde el haz de electrones en comparación con antes del haz incidente, puede determinarse información sobre la composición y el estado de enlace de la muestra.

Tomografía electrónica
Aplicando los principios de la TC (tomografía computerizada) a los electrones transmitidos, es posible producir una imagen estereoscópica tridimensional de la muestra apilando imágenes transversales de la muestra.

A estas imágenes pueden añadirse otras funciones de análisis. En comparación con las mediciones realizadas con un dispositivo de medición independiente, pueden realizarse mediciones más detalladas, ya que la posición de medición puede seleccionarse mientras se visualiza la imagen del microscopio electrónico de transmisión.