Vergrößerung im Vakuum

Ein Rasterelektronenmikroskop besteht aus einer Säule und einer Probenkammer, in denen durch ein differentielles Pumpensystem ein Vakuum herrscht. Im obersten Teil der Säule sitzt eine Kathode, die Elektronen emittiert. Die Linsen und Blenden in der Säule formen einen dünnen Elektronenstrahl, der durch Ablenkspulen rasterförmig über die Probe in der Probenkammer geführt wird. Durch die Wechselwirkungen dieses Primärstrahls mit der Oberfläche der Probe werden unter anderem Sekundärelektronen, Rückstreuelektronen und Röntgenstrahlung frei, die mit Hilfe der jeweiligen Detektoren gesammelt und in Bilder beziehungsweise Spektren umgewandelt werden.

Während in der Säule immer ein Hochvakuum herrscht, kann in der Kammer das Vakuum variiert werden. Dies hat Auswirkungen auf die Art und Weise wie Proben untersucht werden können und wird als Hochvakuum Modus beziehungsweise Niedrigvakuum Modus bezeichnet.

Probenvorbereitung ausschlaggebend

Bei der Rasterelektronenmikroskopie, wie bei vielen anderen Techniken auch, ist die Probenvorbereitung für den Erfolg ausschlaggebend. Sie hängt einerseits von der wissenschaftlichen Fragestellung, aber genauso von den chemischen und physikalischen Eigenschaften der Probe selbst ab. In unserem Labor bieten wir deshalb ganz unterschiedliche Präparationswege an.

Hochvakuum Modus

Für den Hochvakuum Modus brauchen wir eine vollständig getrocknete Probe mit einer leitenden Oberfläche. Dafür wird die biologische Probe zumeist einer Fixierung mit Aldehyden und Osmium, einer Entwässerung mit organischen Lösungsmitteln sowie einer Trocknung (chemisch oder physikalisch) unterzogen. Eine Plasmabeschichtung mit Metall oder eine Bedampfung mit Kohlenstoff sorgt für die notwendige Leitfähigkeit.

Niedrigvakuum Modus

Im Niedrigvakuum Modus ist es möglich, Proben auch ganz ohne die aufwendige Präparation zu untersuchen. Dabei ist die Qualität der Ergebnisse sehr davon abhängig, wie stabil sich die Probe im Vakuum verhält und wie sie auf thermische Belastung reagiert.

Frische, völlig unbehandelte Proben zu untersuchen hat natürlich auch den Vorteil, dass Materialien erhalten bleiben, die bei der chemischen Präparation verändert werden oder gänzlich verloren gehen, wie zum Beispiel tierische Wachsabscheidungen.

Moose, Wasserpflanzen und Co

Einen ganz anderen Weg kann man mit der Kryopräparation und dem folgenden Kryotransfer beschreiten. Diese Methode eignet sich für Proben, die unmittelbar auf Austrocknung mit einer starken Schrumpfung reagieren und mit den zuvor erwähnten Präparationen nicht ausreichend erhalten werden können. Das betrifft z.B. einige Moose, Wasserpflanzen und auch Hydrogele. Die Proben werden dabei in Stickstoff Slush bei etwa -196 Grad Celsius gefroren und in eine Präparationskammer ins Hochvakuum überführt.

Wenn gewünscht, kann die Probe dort aufgebrochen werden, um innere Strukturen freizulegen. Danach erfolgt auf jeden Fall eine Gefrierätzung. Dabei werden die Proben auf -90 Grad Celsius "erwärmt" sodass Eiskristalle oder sehr dünne Eisschichten von der Oberfläche der Probe sublimiert werden. Nach der obligatorischen Beschichtung mit Metall wird die Probe dann direkt von der Präparationskammer auf den Kryotisch ins REM transferiert und bei etwa -160 Grad Celsius untersucht.

Der BSE Detektor – Detektor für Rückstreuelektronen – gibt Informationen über die Ordnungszahlen der Elemente in der Probe. Je heller ein Bilddetail dargestellt wird, desto dichter ist das Material beziehungsweise desto höher liegt die Ordnungszahl.

AR Mag. Daniela Gruber ist stv. Leiterin der Core Facility für Cell Imaging und Ultrastrukturforschung der Universität Wien.