La microscopia elettronica a trasmissione (TEM) è una tecnologia di imaging in cui i fasci di elettroni passano attraverso campioni sezionati molto sottilmente. Quando gli elettroni vengono trasmessi attraverso il campione e interagiscono con la sua struttura, si risolve un’immagine che viene ingrandita e focalizzata su un mezzo di imaging, come una pellicola fotografica o uno schermo fluorescente, o catturata da una speciale telecamera CCD. Poiché gli elettroni utilizzati nella microscopia elettronica a trasmissione hanno una lunghezza d’onda molto piccola, i TEM possono visualizzare a risoluzioni molto più elevate rispetto ai microscopi ottici convenzionali che dipendono dai raggi di luce. A causa del loro maggiore potere di risoluzione, i TEM svolgono un ruolo importante nei campi della virologia, della ricerca sul cancro, dello studio dei materiali e della ricerca e sviluppo della microelettronica.
Il primo prototipo TEM fu costruito nel 1931 e, nel 1933, era stata dimostrata un’unità con un potere risolutivo maggiore della luce utilizzando le immagini delle fibre di cotone come campione di prova. Nei decenni successivi, le capacità di imaging della microscopia elettronica a trasmissione sono state perfezionate, rendendo la tecnologia utile nello studio di campioni biologici. Dopo l’introduzione del primo microscopio elettronico in Germania nel 1939, ulteriori sviluppi furono ritardati dalla seconda guerra mondiale, in cui fu bombardato un laboratorio chiave e due ricercatori morirono. Dopo la guerra fu introdotto il primo microscopio elettronico con ingrandimento di 100k. Il suo design multistadio fondamentale può ancora essere trovato nella moderna microscopia elettronica a trasmissione.
Con la maturazione della tecnologia TEM, negli anni ‘1970 è stata perfezionata una tecnologia correlata, la microscopia elettronica a trasmissione a scansione (STEM). Lo sviluppo della pistola ad emissione di campo e di una lente obiettivo migliorata ha consentito l’imaging di atomi utilizzando gli STEM. Gran parte dello sviluppo della tecnologia STEM è derivato dai progressi nella microscopia elettronica a trasmissione.
I TEM di solito incorporano tre fasi dell’obiettivo: l’obiettivo di condensazione, l’obiettivo e l’obiettivo del proiettore. Il fascio di elettroni primario è formato dalla lente condensatrice, mentre la lente dell’obiettivo focalizza il fascio che attraversa il campione. La lente di proiezione espande il raggio e lo proietta sul dispositivo di imaging, come uno schermo elettronico o un foglio di pellicola. Altri obiettivi specializzati vengono utilizzati per correggere le distorsioni del raggio. Il filtraggio energetico viene utilizzato anche per correggere l’aberrazione cromatica, una forma di distorsione causata dall’incapacità di una lente di mettere a fuoco tutti i colori dello spettro nello stesso punto di convergenza.
Sebbene vari sistemi di microscopia elettronica a trasmissione differiscano nei loro progetti specifici, hanno diversi componenti e fasi in comune. Il primo di questi è un sistema a vuoto che genera il flusso di elettroni e incorpora lastre e lenti elettrostatiche con cui l’operatore può dirigere il raggio. La fase del campione include camere di equilibrio che consentono di inserire l’oggetto da studiare nel flusso. I meccanismi in questa fase consentono di posizionare il campione per una visione ottimale. Un cannone elettronico viene utilizzato per “pompare” il flusso di elettroni attraverso il TEM. Infine, una lente elettronica, agendo in modo simile a una lente ottica, riproduce il piano dell’oggetto.