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Transmissions Elektronen Mikroskop (TEM) mit EDX-Detektor

Transmissions Elektronen Mikroskop (TEM) mit EDX-Detektor

Das Transmissions Elektronen Mikroskop füllt einen ganzen Raum aus. (© Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie/ K. Matthes)

Was ist ein Transmissions Elektronen Mikroskop?

Das TEM ist ein Mikroskop, mit dem wir Bilder von biologischen Proben aufnehmen können, und zwar mit einer wesentlich (tausendfach) höheren Auflösung und Vergrößerung als mit herkömmlichen Lichtmikroskopen. Ein TEM ermöglicht es unseren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, besonders kleine Strukturen (im Nanometer-Maßstab) wie Viren oder bakterielle und eukaryotische Zellen und deren Substrukturen, zum Beispiel die Membran oder kleine Organellen, sichtbar zu machen.

Wie funktioniert das Transmissions Elektronen Mikroskop?

TEM in detail — Das TEM im Detail. Die Erklärungen der Buchstaben stehen im Text. (Grafik: Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, S. Erdmann)

Bei einem TEM wird ein Elektronenstrahl durch die zu untersuchende Probe geleitet, die an einem kleinen Kupferobjektträger (TEM-Gitter) adsorbiert ist. Das Bild entsteht durch die Wechselwirkung der Elektronen mit dem Material auf dem Gitter. Je nachdem, wie transparent die Probe ist, werden Teile des Strahls durchgelassen. Elektronen, die von der Probe emittiert werden, werden zum Aufbau des Bildes verwendet.

Der Elektronenstrahl wird in der Elektronenkanone an der Oberseite des TEM erzeugt (A). Die Kanone beschleunigt die Elektronen mit Hilfe von elektromagnetischen Spulen und einer Spannung von bis zu 200 kV auf extrem hohe Geschwindigkeiten. Der Strahl wird dann durch eine Kondensorlinse (B) in einen dünnen Strahl fokussiert, bevor er auf die Probe (C) trifft. Die emittierten Elektronen werden durch die Objektivlinse (D) zu einem Bild fokussiert.

Das Transmissions Elektronen Mikroskop im Einsatz

Viren infizieren alte Mikroorganismen

Die Forschungsgruppe Archaea Virologie am MPI für Marine Mikrobiologie untersucht Viren und Membranvesikel von Mikroorganismen, bei denen davon ausgegangen wird, dass sie sehr alt sind, den Archaea (altgriechisch für: „alte Dinge“). Viren sind sehr kleine Strukturen mit einer Größe von 20-200 Nanometern und können nur im TEM beobachtet werden. Die Forschungsgruppe isoliert und charakterisiert neue Viren, virusähnliche Elemente und Membranvesikel von Archaea mit dem Ziel, Einblicke in den evolutionären Ursprung und die Entwicklung von Viren zu bekommen. Archaeenviren unterscheiden sich deutlich von Viren, die andere Organismen wie Bakterien oder Eukaryoten (zum Beispiel Pflanzen oder Menschen) infizieren. Um diese Viren und virusähnlichen Elemente zu charakterisieren, benötigen wir das TEM, zum Beispiel um die Struktur der Viruspartikel zu beobachten, was uns wiederum Rückschlüsse auf ihre Klassifizierung, ihren Lebenszyklus und ihre Beziehungen zu ihren Wirtsorganismen erlaubt.

Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme eines Virus, der das salzliebende Archaeon Halorubrum lacuprofundi infiziert. Bild aufgenommen mit dem JEM-2100 PLUS. (© Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, S. Erdmann)

Symbiotische Beziehungen unter dem TEM

Die Abteilung Symbiose untersucht die Biologie, Ökologie und Evolution symbiotischer Verbindungen zwischen Bakterien und wirbellosen Meerestieren. Wir untersuchen diese Symbiosen von der Organisation des Wirtsgewebes, das die Symbionten beherbergt, bis hin zu der zellulären und subzellulären Anatomie der Wirts- und Symbiontenzellen.

Dazu nutzen wir korrelative Licht- und Elektronenmikroskopie, bei der Fluoreszenzaufnahmen mit hochauflösenden morphologischen Analysen kombiniert werden. Zu den Forschungsfragen der Abteilung Symbiose gehören: Wie spezifisch sind ektosymbiotische Bakterien für ihre Wirte, und wie heften sie sich an diese? Wie gelangen Endosymbionten in ihre Wirte, sind sie extra- oder intrazellulär, und mit welchen zellulären Strukturen sind sie assoziiert? Welche Rolle spielen äußere Membranvesikel, Pili und andere bakterielle Strukturen bei der Interaktion der Symbionten mit ihren Wirten?

Was ist EDS, wie funktioniert es und wofür nutzen wir es?

EDS steht für energiedispersive Röntgenspektroskopie. EDS ist eine mikroanalytische Technik, die zur chemischen Charakterisierung einer Probe verwendet wird. Wenn der Elektronenstrahl des TEM auf die Probenoberfläche trifft, kommt es zu einer Wechselwirkung zwischen den Elektronen des Strahls und den Atomen in der Probe. Bei dieser Wechselwirkung entsteht eine für jedes Element spezifische Röntgenstrahlung. Diese charakteristische Röntgenstrahlung wird zur Identifizierung und Quantifizierung der chemischen Elemente in der Probe verwendet.

Technische Details

Instrument

JEOL JEM-2100PLUS

Beschleunigungsspannung: 80, 100, 120, 160, 200kV (Ausgerichtet bei 80 kV, 120 kV und 200 kV)

Auflösung: Punkt: 0,23nm; Gitternetz: 0,14n

Besondere Merkmale und Zubehör

Probenhalter: High Tilt Room Temperature Retainer (EM-21311 HTR). ±60° Neigung

Quick Release Room Temperature Retainer (EM-11610 QR1) ±20° Neigung

Cryo-EM-Halter: Fischione 2550 mit Tomographiefunktion

Kamera: Emsis XAROSA 20 Megapixel CMOS-Kamera mit Bodenmontage

Scannen - Bildbetrachtung: STEM Detektorsystem (EM-24550YPD) installiert

Serien-EM (Tomographie) installiert

EDX-Detektor: Bruker Quantax 200-STEM mit XFlash 6, 60 mm²

Probenvorbereitung

Für Probenvorbereitungen von Suspensionen steht ein Leica EM GP2 Automatic Plunge Freezer zur Verfügung.

Für Gewebeproben stehen eine Leica EM ICE Hochdruckgefrieranlage, eine Leica AFS Gefriersubstitutionseinheit und zwei Leica UC7 Mikrotome zur Verfügung.

Wer nutzt das Transmissions Elektronen Mikroskop?

Das TEM wird hauptsächlich von der Max-Planck-Forschungsgruppe Archaea Virologie und der Abteilung Symbiose genutzt. Das EDX wird von der Abteilung Biogeochemie genutzt. Das Instrument steht aber auch anderen Forschenden des Instituts offen sowie Externen im Rahmen von Kooperationsprojekten.