Par Karen S. Garvin Mis à jour le 24 mars 2022

Le microscope électronique à transmission et à balayage (STEM) est apparu dans les années 1950 et a révolutionné l'imagerie microscopique en remplaçant les photons par un faisceau d'électrons finement focalisé. Ce changement permet des grossissements bien au-delà de la limite de ~1 000 × des microscopes optiques conventionnels, révélant des détails que la lumière ne peut tout simplement pas résoudre.

Comment fonctionne le microscope

Comme son homologue optique, un microscope électronique à transmission (TEM) commence par une source :un canon à électrons qui émet un flux d'électrons chargés négativement. Ces électrons sont attirés vers une anode chargée positivement, puis guidés par des lentilles magnétiques qui focalisent le faisceau lorsqu'il traverse une colonne sous vide poussé. Lorsque les électrons focalisés frappent l’échantillon sur la scène, ils se diffusent et génèrent des rayons X. Les électrons diffusés et les rayons X émis sont détectés, amplifiés et convertis en un signal qui forme une image affichée sur un moniteur pour le chercheur.

Principaux avantages de la microscopie électronique à transmission

1. Grossissement inégalé :La TEM peut atteindre des grossissements de 10 000 × et au-delà, permettant aux scientifiques d'observer les structures subcellulaires (mitochondries, ribosomes et autres organites) avec des détails exquis.

2. Résolution à l'échelle atomique :La courte longueur d'onde de Broglie des électrons de haute énergie permet l'imagerie d'atomes individuels et l'agencement précis des réseaux cristallins, essentiels pour la science des matériaux, la nanotechnologie et la biologie structurale.

3. Mécanismes de contraste polyvalents :En manipulant l'optique électronique et en appliquant des détecteurs spécialisés, la TEM peut mettre en évidence les différences de composition, les limites de phase et les champs de déformation au sein d'un échantillon.

Limitations de la microscopie électronique à transmission

Même si la TEM offre des informations remarquables, elle comporte des contraintes inhérentes :

• Les échantillons doivent être transparents aux électrons (généralement <200 nm d'épaisseur), ce qui nécessite une préparation minutieuse.
• L'environnement sous vide empêche l'imagerie de spécimens biologiques vivants ; les cellules vivantes doivent être congelées ou fixées chimiquement.
• Les électrons à haute énergie peuvent endommager les matériaux sensibles, ce qui nécessite des revêtements protecteurs ou des taches susceptibles d'altérer la structure d'origine.

Contexte historique

La quête d’un plus grand grossissement a commencé dans les années 1930, lorsque les microscopes optiques ont atteint leurs limites physiques. En 1931, Max Knoll et ErnstRuska ont lancé le premier TEM, utilisant l'optique électronique pour dépasser les limites optiques. Leur percée n’est devenue commercialement viable qu’au milieu des années 1960, lorsque la technologie est devenue des instruments fiables et accessibles. Pour son travail pionnier, ErnstRuska a reçu le prix Nobel de physique en 1986.