El microscopio electrónico de bajo voltaje (LVEM) es un microscopio electrónico que opera a voltajes de aceleración de unos pocos kilo electronvoltios o menos. Los microscopios electrónicos tradicionales utilizan voltajes de aceleración en el rango de 10-1000 keV.
La formación de imágenes de bajo voltaje en electrones transmitidos es posible en muchos detectores de electrones de barrido nuevos.
La alternativa de bajo costo es el microscopio electrónico de transmisión de bajo voltaje de sobremesa dedicado. [1] Si bien su arquitectura es muy similar a la de un microscopio electrónico de transmisión convencional , tiene algunos cambios clave que le permiten aprovechar una fuente de electrones de 5 keV, pero intercambia muchas ventajas de las operaciones de voltaje más alto, incluida la posibilidad de una resolución más alta. de microanálisis de rayos X y EELS, etc ... Recientemente se ha introducido un nuevo microscopio electrónico de transmisión de bajo voltaje que opera en rangos de voltaje variable entre 6–25 kV. [2]
Ventajas
Mayor contraste
Una disminución sustancial de la energía de los electrones permite una mejora significativa del contraste de los elementos ligeros. Las imágenes de comparación a continuación muestran que la disminución del voltaje de aceleración de 80 kV a 5 kV mejora significativamente el contraste de las muestras de prueba. El contraste mejorado es un resultado directo de una mayor dispersión de electrones asociada con un voltaje de aceleración reducido.
LVEM aporta una mejora del contraste de imágenes casi veinte veces mayor que para 100 kV. Esto es muy prometedor para las muestras biológicas que se componen de elementos ligeros y no exhiben suficiente contraste en los TEM clásicos. [3]
Además, una trayectoria libre media relativamente baja (15 nm) para muestras orgánicas a 5 kV significa que para muestras con espesor constante, se obtendrá un alto contraste a partir de pequeñas variaciones de densidad. Por ejemplo, para un contraste del 5% en la imagen de campo brillante LVEM, solo necesitaremos tener una diferencia de densidad entre las fases de 0.07 g / cm 3 . Esto significa que la necesidad habitual de teñir polímeros para mejorar el contraste en el TEM (normalmente realizado con osmio o tetraóxido de rutenio ) puede no ser necesaria con la técnica de microscopía electrónica de bajo voltaje. [4]
No se requiere tinte
El contraste mejorado permite la reducción significativa, o eliminación, del paso de tinción negativa de metales pesados para imágenes TEM de elementos ligeros (H, C, N, O, S, P). Si bien la tinción es beneficiosa para experimentos destinados a la determinación de estructuras de alta resolución, es altamente indeseable en ciertas preparaciones de muestras de proteínas, porque podría desestabilizar la muestra de proteínas debido a su pH ácido y concentración de metales pesados relativamente alta. La adición de tinción a muestras seccionadas, como materiales biológicos o polímeros, también puede introducir artefactos de imagen.
Los experimentos LVEM llevados a cabo en una muestra de proteína de membrana extraída que se analizó con y sin el procedimiento de tinción muestran una marcada mejora en el aspecto de la muestra cuando se omite la tinción estándar. Los resultados muestran que LVEM podría ser incluso más útil que el EM convencional para esta aplicación en particular porque evita el paso de tinción potencialmente disruptivo, proporcionando así una imagen inalterada del estado de agregación de la proteína. [5] [6]
Además, la capacidad de eliminar el paso de tinción podría ayudar a mejorar la seguridad en el laboratorio, ya que las manchas comunes de metales pesados, como el acetato de uranilo , tienen riesgos para la salud asociados.
Resolución
Los primeros microscopios electrónicos de bajo voltaje fueron capaces de resoluciones espaciales de aproximadamente 2,5 nm en TEM, 2,0 nm en STEM y 3,0 nm en modos SEM. [4] La resolución SEM se ha mejorado a ~ 1,2 nm a 800 eV en 2010, [7] mientras que en 2016 se informó una resolución TEM de 0,14 nm a 15 keV [8].
Limitaciones
Los microscopios de bajo voltaje disponibles en la actualidad solo pueden obtener resoluciones de 1,0 a 3 nanómetros. Si bien esto está mucho más allá de las resoluciones posibles de los microscopios ópticos (de luz), todavía no pueden competir con la resolución atómica obtenible de los microscopios electrónicos convencionales (de mayor voltaje).
El bajo voltaje limita el espesor máximo de las muestras que se pueden estudiar en el modo TEM o STEM. Mientras que es de aproximadamente 50-90 nm en TEM convencional, disminuye a alrededor de 20-65 nanómetros para LVEM a 5 kV. Sin embargo, se requieren espesores del orden de 20 nm o menos para alcanzar la resolución máxima en los modos TEM y STEM de 5 kV. [3] [4] Estos espesores a veces se pueden lograr con el uso de un ultramicrótomo .
En 2015, estas limitaciones se superaron con un microscopio electrónico de bajo voltaje de 25 kV que puede producir resultados de alta calidad con muestras delgadas de hasta alrededor de 100 nm +.
Ver también
- Microscopio electrónico
- Microscopio electrónico de transmisión (TEM)
- Microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM)
- Microscopio electrónico de barrido (SEM)
- Microscopio electrónico de barrido de transmisión (STEM)
- Microscopía electrónica de baja energía (LEEM)
- Difracción de electrones
- Difracción de electrones de baja energía (LEED)
Áreas de aplicación
LVEM es especialmente eficaz para las siguientes aplicaciones.
Referencias
- ^ LVEM5 de Delong America
- ^ LVEM25 de Delong America
- ↑ a b Nebesářová1, Jana; Vancová, Marie (2007). "Cómo observar pequeños objetos biológicos en microscopio electrónico de bajo voltaje". Microscopía y Microanálisis . 13 (3): 248–249. doi : 10.1017 / S143192760708124X .
- ^ a b c Drummy, Lawrence, F .; Yang, Junyan; Martín, David C. (2004). "Microscopía electrónica de bajo voltaje de polímeros y películas delgadas moleculares orgánicas". Ultramicroscopía . 99 (4): 247-256. doi : 10.1016 / j.ultramic.2004.01.011 . PMID 15149719 .
- ^ Asmar, GA; Hanson, MA; Ward, AB; Lasalde, JA; Stevens, RC; Potter, C .; Kuhn, PM (2004). "Microscopía electrónica de bajo voltaje (LVEM) como sonda para estados de agregación de proteínas de membrana solubilizadas". Microscopía y Microanálisis . 10 (2): 1492-1493. Código bibliográfico : 2004MiMic..10S1492A . doi : 10.1017 / S1431927604886069 .
- ^ Lundstrom, Kenneth (2006). Genómica estructural sobre proteínas de membrana . Prensa CRC. págs. 271-274. ISBN 978-1-57444-526-8.
- ^ Van Aken, RH; Maas, DJ; Hagen, CW; Barth, JE; Kruit, P (2010). "Diseño de un SEM de baja tensión con corrección de aberraciones". Ultramicroscopía . 110 (11): 1411–9. doi : 10.1016 / j.ultramic.2010.07.012 . PMID 20728276 .
- ^ Morishita, Shigeyuki; Mukai, Masaki; Suenaga, Kazu; Sawada, Hidetaka (2016). "Imágenes de resolución atómica a un voltaje de aceleración ultrabajo por un microscopio electrónico de transmisión monocromática" . Cartas de revisión física . 117 (15): 153004. Bibcode : 2016PhRvL.117o3004M . doi : 10.1103 / PhysRevLett.117.153004 . PMID 27768334 .
enlaces externos
- VISTAS DE WENDMAN en el blog de NANOTECH
- Microscopio electrónico de bajo voltaje LVEM5 de Delong America