Microscópio eletrônico de varredura por transmissão
Um microscópio eletrônico de varredura por transmissão (MEVT, ou STEM, do inglês scanning transmission electron microscope) é um tipo de microscópio eletrônico de transmissão (MET). Como com qualquer dispositivo de iluminação por transmissão, os elétrons passam através de um espécime suficientemente fino. Entretanto, o MEVT é distinto dos microscópios eletrônicos de transmissão convencional (METC) por focar o feixe de elétrons em uma região estreita, que é varrido sobre a amostra em um mapeamento de pontos (a varredura).
A varredura do feixe através da amostra faz os microscópios adequados para técnicas de análise tais como mapeamento por espectroscopia por energia dispersiva de raios X (EDX, energy-dispersive X-ray spectroscopy), espectroscopia de perda de energia de elétrons (EELS, electron energy loss spectroscopy) e imagem de campo escuro anular (ADF, annular dark-field imaging). Estes sinais podem ser obtidos simultaneamente, permitindo correlação direta entre imagem e dados quantitativos.
Pelo uso de um MEVT e um detector de alto ângulo, é possível formar imagens de resolução atõmica onde o contraste é diretamente relacionado ao número atômico (imagem de contraste z).[1] A imagem diretamente interpretável pelo contraste z faz as imagens geradas por MEVT com um detector de alto ângulo atrativas. Isto se dá em contraste à técnica de microscopia eletrônica de alta resolução convencional, a qual usa contraste de fase, e consequentemente produz resultados que necessitam interpretação por simulação.
História
[editar | editar código-fonte]Em 1925, Louis de Broglie primeiramente teorizou as propriedades ondulatórias de um elétron, com um comprimento de onda substancialmente menor que a luz visível.[2] Isso permitiria a utilização de elétrons para obter imagens de objetos muito menores que o limite de difração anterior, estabelecido pela luz visível. O primeiro MEVT foi construído em 1938 pelo Barão Manfred von Ardenne,[3][4] trabalhando em Berlim para a Siemens. Entretanto, os resultados foram inferiores àqueles dos microscópios eletrônicos de transmissão de seu tempo, e von Ardenne despendeu dois anos trabalhando no problema. O microscópio foi destruído em um ataque aéreo em 1944, e von Ardenne não retornou a este campo de pesquisas após a Segunda Guerra Mundial.[5]
A técnica não veio a se desenvolver até os anos 1970, com Albert Crewe na Universidade de Chicago com o desenvolvimento do canhão de emissão por campo[6] e adicionando uma lente objetiva de alta qualidade para criar o moderno MEVT, e demonstrando a capacidade de obter imagens de átomos usando a técnica de imagem de campo escuro anular.
Crewe e colaboradores na Universidade de Chicago desenvolveram a fonte de emissão fria de elétrons e construíram um MEVT capaz de visualizar átomos pesados isolados sobre substratos de carbono.[7]
Análise química com resolução atômica usando o MEVT foi primeiramente relatada em 1993.[8][9]
Correção de aberrações
[editar | editar código-fonte]Máquinas de aberrações corrigidas tem fornecido sondagens eletrônicas com dimensões menores que 1 angstrom (0,1 milionésimo de milímetro). Isto permitiu um novo regime de produção de imagens atômicas.
Ambiente da sala
[editar | editar código-fonte]Microscópios eletrônicos de varredura por transmissão de alta resolução necessitam de ambientes de salas excepcionalmente estáveis. Para a obtenção de imagens com resolução atômica a sala deve ter uma quantidade limitada de vibração, flutuações de temperatura, ondas eletromagnéticas e ondas acústicas.
Aplicações biológicas
[editar | editar código-fonte]A primeira aplicação deste método para a obtenção de imagens de moléculas biológicas foi demonstrada em 1971.[10] A motivação para MEVT para amostras biológicas é particularmente feita pelo uso de microscopia de campo escuro, onde o MEVT é mais eficiente que um MET convencional, permitindo imagens de alto contraste de amostras biológicas sem a necessidade de coloração. O método tem sido amplamente utilizado para resolver uma série de problemas estruturais em biologia molecular.[11][12][13]
Referências
- ↑ A. V. Crewe, J. Wall and J. Langmore; Visibility of Single Atoms; Science 12 June 1970: Vol. 168 no. 3937 pp. 1338-1340; DOI: 10.1126/science.168.3937.1338
- ↑ de Broglie (1925). «Recherches sur la Theorie des Quanta». Ann.Phys. 3: 22–128
- ↑ von Ardenne, M (1938). «Das Elektronen-Rastermikroskop. Theoretische Grundlagen». Z Phys. 109: 553–572
- ↑ von Ardenne, M (1938). «Das Elektronen-Rastermikroskop. Praktische Ausführung». Z tech Phys. 19: 407–416
- ↑ D. McMullan, SEM 1928 - 1965
- ↑ Crewe, Albert V; Isaacson, M. & Johnson, D. (1969). «A Simple Scanning Electron Microscope». Rev. Sci. Inst. 40: 241–246. doi:10.1063/1.1683910
- ↑ Crewe, Albert V; Wall, J. & Langmore, J. (1970). «Visibility of a single atom». Science. 168 (3937): 1338–1340. PMID 17731040. doi:10.1126/science.168.3937.1338
- ↑ Browning, N. D.; Chisholm M. F. & Pennycook S. J. (1993). «Atomic-resolution chemical analysis using a scanning transmission electron microscope». Nature. 366: 143–146. doi:10.1038/366143a0
- ↑ Browning, N. D.; Chisholm M. F. & Pennycook S. J. (2006). «Corrigendum: Atomic-resolution chemical analysis using a scanning transmission electron microscope». Nature. 444. 235 páginas. doi:10.1038/nature05262
- ↑ Wall, J.S., 1971 "A high resolution scanning electron microscope for the study of single biological molecules" PhD thesis, University of Chicago
- ↑ Wall JS, Hainfeld JF (1986). «Mass mapping with the scanning transmission electron microscope». Annu Rev Biophys Biophys Chem. 15: 355–76. PMID 3521658. doi:10.1146/annurev.bb.15.060186.002035
- ↑ Hainfeld JF, Wall JS (1988). «High resolution electron microscopy for structure and mapping». Basic Life Sci. 46: 131–47. PMID 3066333
- ↑ Wall JS, Simon MN (2001). «Scanning transmission electron microscopy of DNA-protein complexes». Methods Mol Biol. 148: 589–601. PMID 11357616. doi:10.1385/1-59259-208-2:589
Ligações externas
[editar | editar código-fonte]- N. D. Browning, et al.; SCANNING TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY: AN EXPERIMENTAL TOOL FOR ATOMIC SCALE INTERFACE SCIENCE; Rev. Adv. Mat. Sci. 1 (2000) 1-26 - math.mech.nw.ru (em inglês)
- S. J. Pennycook, et al.; Scanning Transmission Electron Microscopy for Nanostructure Characterization - stem.ornl.gov (em inglês)