Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)

Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)

Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) ermöglicht die hochauflösende strukturelle Untersuchung biologischer Proben, Makromoleküle, Proteinkomplexe, Viren, Zellen, Kolloide und Materialien im Nanometerbereich. Am CSS steht hierfür ein JEOL JEM-2100 Plus mit einer maximalen Beschleunigungsspannung von 200.000 Volt (200 kV) zur Verfügung.

Abhängig von der Fragestellung bietet das CSS verschiedene TEM-basierte Methoden an, darunter Standard-TEM, Negativkontrastierung, Kryo-TEM, Tomographie sowie EDX-Spektroskopie. Diese Methoden erlauben sowohl ein schnelles Proben-Screening als auch eine detaillierte strukturelle Analyse.

Standard-TEM

In der konventionellen Transmissionselektronenmikroskopie können Proben mit einer Vergrößerung von bis zu 1,5 Millionen untersucht werden. Diese Technik eignet sich besonders zur Untersuchung der Morphologie, von Partikelgrößen und Aggregationszuständen sowie zur Charakterisierung von Nanostrukturen und Materialien.

Negativkontrastierung (Negative Staining)

Die Negativkontrastierung ist eine schnelle und zuverlässige Methode zur Untersuchung schwach streuender biologischer Proben. Durch das Anfärben des Hintergrunds (z. B. mit Uranylacetat) wird der Kontrast deutlich erhöht, sodass Proteine, Proteinkomplexe, Viren, Mikrogele oder Aggregate klar sichtbar werden. Negative Staining eignet sich hervorragend für ein erstes Screening von Proben sowie zur Optimierung von Probenbedingungen vor weiterführenden Experimenten.

Kryo-Transmissionselektronenmikroskopie

Bei der Kryo-TEM werden wässrige Proben durch schnelle Vitrifikation in flüssigem Ethan in einen glasartigen Zustand überführt. Dadurch bleiben native Strukturen erhalten und Artefakte durch Trocknung oder Färbung werden vermieden. Mit dem vorhandenen System sind Vergrößerungen bis zu 100.000-fach möglich. Kryo-TEM erlaubt die Untersuchung von Proteinen, Proteinkomplexen, Lipiden, Viren, Mikrogelen und wasserhaltigen Materialien im natürlichen Zustand. Die Aufnahmen können im weiteren Verlauf zur 3D-Modellierung von Proteinstrukturen genutzt werden.

Tomographie

Für dreidimensionale Fragestellungen bietet das CSS Tomographie an. Durch die Aufnahme einer Bildserie unter verschiedenen Kippwinkeln und anschließender Rekonstruktion können 3D-Modelle erstellt werden. Diese Methode ermöglicht Einblicke in die innere Struktur von Zellen, kolloidalen Systemen und anderen komplexen Materialien.

EDX-Spektroskopie

Die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) erlaubt eine ortsaufgelöste Elementanalyse durch Detektion von bei der Elektronenbestrahlung entstehenden Röntgenstrahlen. Sie dient zur Bestimmung der elementaren Zusammensetzung von Proben sowie zur Lokalisierung unterschiedlicher Materialien oder Phasen innerhalb einer Probe und wird insbesondere in der Material- und Kolloidforschung eingesetzt.

Service und Kooperationen

Das CSS bietet TEM-basierte Messungen als Serviceleistung für alle Angehörigen der HHU sowie für externe Nutzer an. Das Angebot umfasst die Beratung zur Wahl der geeigneten Methode, Probenpräparation (inklusive Kryo-Plunging), Messdurchführung, Datenauswertung und Ergebnisinterpretation.

Für weiterführende Prozesse, insbesondere zur vollautomatisierten Aufnahme hochauflösender Daten bis in den atomaren Bereich, beispielsweise von Proteinen, besteht eine enge Kooperation mit dem Forschungszentrum Jülich.