Электронная микроскопия, совокупность
методов исследования с помощью электронных
микроскопов (МЭ) микроструктуры тел (вплоть
до атомно-молекулярного уровня), их локального
состава и локализованных на поверхностях
или в микрообъёмах тел электрических
и магнитных полей (микрополей). Наряду
с этим прикладным значением Э. м. является
самостоятельным научным направлением,
предмет и цели которого включают: усовершенствование
и разработку новых МЭ и других корпускулярных
микроскопов (например, протонного микроскопа)
и приставок к ним; разработку методик
препарирования образцов, исследуемых
в МЭ; изучение механизмов формирования
электроннооптических изображений; разработку
способов анализа разнообразной информации
(не только изображений), получаемой с
помощью МЭ..
Можно изучать порошки, микрокристаллы,
частицы аэрозолей и т. д., нанесённые
на подложку.
Наряду с исследованием
статическим, не меняющихся во времени
объектов Э. м. даёт возможность изучать
различные процессы в динамике их
развития: рост плёнок, деформацию кристаллов
под действием переменной нагрузки,
изменение структуры под влиянием
электронного или ионного облучения
и т. д. (исследования "in situ"). Вследствие
малой инерционности электрона можно
исследовать периодические во времени
процессы, например перемагничивание
тонких магнитных плёнок, переполяризацию
сегнетоэлектриков, распространение ультразвуковых
волн и т. д., методами стробоскопической
Э. м.: электронный пучок "освещает"
образец импульсами, синхронными с подачей
импульсного напряжения на образец, что
обеспечивает фиксацию на экране прибора
определенной фазы процесса точно так
же, как это происходит в светооптических
стробоскопических приборах
Разновидность фазовой Э.
м. — интерференционная Э. м., аналогичная
оптической интерферометрии (см. Интерферометр):
электронный пучок расщепляется
с помощью электронных призм,
и в одном из плеч интерферометра
устанавливается образец, изменяющий
фазу проходящей сквозь него электронной
волн. Этим методом можно измерить, например,
внутренний электрический потенциал образца.
С помощью лоренцовой Э. м.,
в которой изучают явления, обусловленные
Лоренца силой, исследуют внутренние магнитные
и электрические поля или внешние поля
рассеяния, например поля магнитных доменов
в тонких пленках (рис. 6), сегнетоэлектрических
доменов (см. Домены), поля головок для
магнитной записи информации и т. п.
Интенсивно разрабатываются
методы количественной Э. м. — точное
измерение различных параметров
образца или исследуемого процесса,
например измерение локальных электрических
потенциалов (рис. 7), магнитных полей
(рис. 8), микрогеометрии поверхностного
рельефа и т. д. МЭ используются и в технологических
целях (например, для изготовления микросхем
методом фотолитографии).
Применение электронной микроскопии
в биологии позволило изучить сверхтонкую
структуру клетки внеклеточных компонентов
тканей. На основании результатов, полученных
с помощью МЭ (максимальное разрешение
которых для биологических объектов 12
— 6А, а увеличения — до 800 — 1200 тыс.), начиная
с 40-х гг. было описано тонкое строение
мембран, митохондрий, рибосом и других
клеточных, а также внеклеточных структур,
выявлены некоторые макромолекулы, например
ДНК. Растровая (сканирующая) Э. м. дает
возможность изучать тонкое строение
поверхности клеток и тканевых структур
не только фиксированных объектов, но
и живых животных с твердым хитиновым
покровом, например ряда членистоногих.
Техника приготовления биологических
препаратов для Э. м. включает процедуры,
сохраняющие ткань в условиях глубокого
вакуума под пучком электронов и реализующие
высокое разрешение МЭ. Обычно объекты
фиксируют химическими реагентами (альдегидами,
четырехокисью осмия или др.), обезвоживают
(спиртом, ацетоном), пропитывают эпоксидными
смолами и режут на специальных микротомах
на ультратонкие срезы (толщиной 100 — 600
). Для повышения контраста изображения
клеток их обрабатывают "электронными
красителями", сильно рассеивающими
электроны (уранилацетатом, гидроокисью
свинца и др.). Чтобы уменьшить повреждающее
действие фиксатора на ткань, ее можно
заморозить, вытесняя затем воду ацетоном
или спиртом при низкой температуре. Иногда
применяют методы, исключающие действие
фиксатора на клетки, например лиофилизацию:
ткань быстро охлаждают до —150 или —196°C
и обезвоживают в высоком вакууме при
низкой температуре. Перспективным оказался
метод замораживания с травлением, основанный
на получении платино-углеродной реплики
со скола замороженного объекта. Благодаря
этому методу внесены существенные изменения
в представления о структуре клеточных
мембран. Для изучения структуры биологических
макромолекул и отдельных клеточных органоидов
используют негативное контрастирование
образцов. В этом случае исследуемые объекты
выявляются в виде электроннопрозрачных
элементов на темном фоне. Полученные
в МЭ изображения молекул можно анализировать,применяя
методы, основанные на дифракции света.
Использование высоковольтной Э. м. (до
3 Мв) позволяет получить сведения о 3-мерной
структуре клеток. При подготовке к исследованию
живых членистоногих их обездвиживают
с помощью эфирного или хлороформного
наркоза в дозах, не вызывающих последующей
гибели, и помещают в вакуумную камеру
МЭ. В современной Э. м. широко применяют
методы цитохимии, включая авторадиографию.
Применение Э. м. в биологии существенно
изменило и углубило прежние представления
о тонком строении клетки.