Електронна мікроскопія, сукупність методів дослідження за допомогою електронних мікроскопів (МЕ) мікроструктури тіл (аж до атомно-молекулярного рівня), їх локального складу і локалізованих на поверхнях або в мікрооб'ємах тіл електричних і магнітних полів (мікрополів). Поряд з цим прикладним значенням Е. м. є самостійним науковим напрямом предмет і цілі якого включають: удосконалення і розробку нових МЕ і інших корпускулярних мікроскопів (наприклад, протонного мікроскопа) і приставок до них; розробку методик препарування зразків, досліджуваних в МЕ; вивчення механізмів формування електроннооптичних зображень; розробку способів аналізу всілякої інформації (не лише зображень), що отримується за допомогою МЕ.
Об'єкти досліджень в Е. м. — переважно тверді тіла. У МЕ (ПЕМ), що просвічують, в яких електрони з енергіями від 1 кев до 5 Мев проходят крізь об'єкт, вивчаються зразки у вигляді тонких плівок, фольги ( мал. 1 ), зрізів і т. п. завтовшки від 1 нм до 10 мкм (від 10 до 10 5 ). Поверхневу і приповерхневу структуру масивних тіл з товщиною істотно більше 1 мкм досліджують за допомогою МЕ, що не просвічують: растрових (РЕМ) ( мал. 2 ), дзеркальних, іонних проекторів і електронних проекторів .
Можна вивчати порошки, мікрокристали, частки аерозолів і т. д., нанесені на підкладку: тонку плівку для дослідження в ПЕМ або масивну підкладку для дослідження в РЕМ. Поверхнева геометрична структура масивних тіл вивчається і методом реплік : з поверхні такого тіла знімається відбиток у вигляді тонкої плівки вуглецю, колодія, формвара і ін., що повторює рельєф поверхні і що розглядається в ПЕМ. Зазвичай заздалегідь на репліку у вакуумі напилюється під ковзаючим (малим до поверхні) кутом шар сильно розсіюючого електрони важкого металу (наприклад, Pt), що відтіняє виступи і западини геометричного рельєфу. При дослідженні методом так званого декорування не лише геометричної структури поверхонь, але і мікрополів, обумовлених наявністю дислокацій ( мал. 3 ), скупчень точкових дефектів (див. Дефекти в кристалах ), рівнів зростання кристалічних граней, доменної структури (див. Домени ) і т. д., на поверхню зразка спочатку напилюється дуже тонкий шар декоруючих часток (атоми Au, Pt і ін., молекули напівпровідників або діелектриків), що осідають переважно на ділянках зосередження мікрополів, а потім знімається репліка з включеннями декоруючих часток.
Спеціальні газові мікрокамери — приставки до ПЕМ або РЕМ — дозволяють вивчати рідкі і газоподібні об'єкти, нестійкі до дії високого вакууму, у тому числі вологі біологічні препарати. Радіаційна дія опромінюючого електронного пучка досить велика, тому при дослідженні біологічних, напівпровідникових, полімерних і т. п. об'єктів необхідно ретельно вибирати режим роботи МЕ, що забезпечує мінімальну дозу опромінення.
Поряд з дослідженням статичним, не змінних в часі об'єктів Е. м. дає можливість вивчати різні процеси в динаміці їх розвитку: зростання плівок, деформацію кристалів під дією змінного навантаження, зміна структури під впливом електронного або іонного опромінення і т. д. (дослідження «in situ»). Унаслідок малої інерційності електрона можна досліджувати періодичні в часі процеси, наприклад перемагнічування тонких магнітних плівок, переполярізацию сегнетоелектріков, поширення ультразвукових хвиль і т. д., методами стробоскопічної Е. м.: електронний пучок «освітлює» зразок імпульсами, синхронними з подачею імпульсної напруги на зразок, що забезпечує фіксацію на екрані приладу певної фази процесу точно так, як і це відбувається в светооптічеських стробоскопічних приладах ( мал. 4 ). Граничний тимчасовий дозвіл при цьому може, в принципі, складати біля 10 -15 сік для ПЕМ (практично реалізований дозвіл ~ 10 -10 сік для ПЕМ і РЕМ).
Для інтерпретації зображень аморфних і інших тіл (розміри часток яких менше вирішуваного в МЕ відстані), розсіюючих електрони дифузно, використовуються прості методи амплітудної Е. м. Наприклад, в ПЕМ контраст зображення, тобто перепад яркостей зображення сусідніх ділянок об'єкту, в першому наближенні пропорційний перепаду товщини цих ділянок. Для розрахунку контрасту зображень кристалічних тіл ( мал. 5 ), що мають регулярні структури (при розсіянні часток на таких тілах відбувається дифракція часток ) , і рішення зворотної задачі — розрахунку структури об'єкту по спостережуваному зображенню — притягуються методи фазової Е. м.: вирішується завдання про дифракцію електронної хвилі (див. Хвилі де Бройля ) на кристалічній решітці. При цьому додатково враховуються непружні взаємодії електронів з об'єктом: розсіяння на плазмах, фононах і т. п. У ПЕМ і растрових ПЕМ (ПРЕМ) високого дозволу отримують зображення окремих молекул або атомів важких елементів; користуючись методами фазової Е. м., відновлюють по зображеннях тривимірну структуру кристалів і біологічних макромолекул. Для вирішення подібних завдань застосовують, зокрема, методи голографії, а розрахунки виробляють на ЕОМ(електронна обчислювальна машина).
Різновид фазової Е. м. — інтерференційна Е. м., аналогічна оптичній інтерферометрії (див. Інтерферометр ): електронний пучок розщеплюється за допомогою електронних призм, і в одному з плечей інтерферометра встановлюється зразок, що змінює фазу проходящей крізь нього електронною хвиль. Цим методом можна виміряти, наприклад, внутрішній електричний потенціал зразка.
За допомогою лоренцової Е. м., в якій вивчають явища, обумовлені Лоренца силоміць, досліджують внутрішні магнітні і електричні поля або зовнішні поля розсіяння, наприклад поля магнітних доменів в тонких плівках ( мал. 6 ), сегнетоелектрічеських доменів (див. Домени ), поля голівок для магнітного запису інформації і т. п.
Склад об'єктів досліджується методами мікродифракції, тобто електронографії локальних ділянок об'єкту, рентгенівського і катодолюмінісцентного спектрального мікроаналізу (см Катодолюмінесценція, Спектральний аналіз рентгенівський ): реєструються характеристичні рентгенівські спектри або катодолюмінісцентноє випромінювання, що виникає при бомбардуванні зразка сфокусованим пучком електронів (діаметр електронного «зонда» менше 1 мкм ). Крім того, вивчаються енергетичні спектри вторинних електронів, вибитих первинним електронним пучком з поверхні або з об'єму зразка.
Інтенсивно розробляються методи кількісної Е. м. — точний вимір різних параметрів зразка або досліджуваного процесу, наприклад вимір локальних електричних потенціалів ( мал. 7 ), магнітних полів ( мал. 8 ), мікрогеометрії поверхневого рельєфу і т. д. МЕ використовуються і в технологічних цілях (наприклад для виготовлення мікросхем методом фотолітографія ).
Літ.: Хокс П., Електронна оптика і електронна мікроскопія, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1974; Стоянова І. Р., Анаськин І. Ф., Фізичні основи методів електронної мікроскопії, що просвічує, М., 1972; Утевський Л. М., Дифракційна електронна мікроскопія в металознавстві, М., 1973; Електронна мікроскопія тонких кристалів, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1968; Співак Р. Ст, Сапарін Р. Ст, Биків М. Ст, Растрова електронна мікроскопія, «Успіхи фізичних наук», 1969, т. 99, ст 4; Вайнштейн Би. До., Відновлення просторової структури біологічних об'єктів по електронних мікрофотографіях, «Ізв. АН(Академія наук) СРСР. Сірок. фізична», 1972, т. 36 № 9; Quantitftive scanning electron microscopy, L. — N. Y. — S. F., 1974.
А. Е. Лукьянов.
Вживання електронної мікроскопії в біології дозволило вивчити надтонку структуру клітки позаклітинних компонентів тканин. На підставі результатів, отриманих за допомогою МЕ (максимальний дозвіл яких для біологічних об'єктів 12 — 6А, а збільшення — до 800 — 1200 тис.), починаючи з 40-х рр. було описано тонку будову мембран, мітохондрій, рибосом і інших клітинних, а також позаклітинних структур, виявлені деякі макромолекули, наприклад ДНК(дезоксирибонуклеїнова кислота). Растрова (скануюча) Е. м. дає можливість вивчати тонку будову поверхні кліток і тканинних структур не лише фіксованих об'єктів, але і живих тварин з твердим хітиновим покривом, наприклад ряду членистоногих. Техніка приготування біологічних препаратів для Е. м. включає процедури, що зберігають тканину в умовах глибокого вакууму під пучком електронів і що реалізовують високий дозвіл МЕ. Зазвичай об'єкти фіксують хімічними реагентами (альдегідами, чотириокисом осмію або ін.), зневоднюють (спиртом, ацетоном), просочують епоксидними смолами і ріжуть на спеціальних мікротомах на ультратонкі зрізи (завтовшки 100 — 600 ). Для підвищення контрасту зображення кліток їх обробляють «електронними фарбниками», сильно розсіюючими електрони (уранілацетатом гідроокисом свинцю і ін.). Щоб зменшити ушкоджувальну дію фіксатора на тканину, її можна заморозити, витісняючи потім воду ацетоном або спиртом при низькій температурі. Інколи застосовують методи, що виключають дію фіксатора на клітки, наприклад ліофілізацію : тканину швидко охолоджують до — 150 або — 196°c і зневоднюють у високому вакуумі при низькій температурі. Перспективним виявився метод заморожування з тим, що труїть, заснований на здобутті платіно-вуглецевої репліки з ськола замороженого об'єкту. Завдяки цьому методу внесені істотні зміни в уявлення про структуру клітинних мембран. Для вивчення структури біологічних макромолекул і окремих клітинних органоїдів використовують негативне контрастування зразків. В цьому випадку досліджувані об'єкти виявляються у вигляді електроннопрозрачних елементів на темному фоні. Отримані в МЕ зображення молекул можна аналізіровать, застосовуючи методи, засновані на дифракція світла . Використання високовольтної Е. м. (до 3 Мв ) дозволяє отримати зведення про 3-мірну структуру кліток. При підготовці до дослідження живих членистоногих їх обездвіжівают за допомогою ефірного або хлороформного наркозу в дозах, що не викликають подальшої загибелі, і поміщають у вакуумну камеру МЕ. У сучасній Е. м. широко застосовують методи цитохімії, включаючи авторадіографію . Вживання Е. м. в біології істотно змінило і поглибило колишні уявлення про тонку будову клітки.
Літ.: Кисельов Н. А., Електронна мікроскопія біологічних макромолекул, М., 1965; Електронно-мікроскопічна анатомія, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1967; Балашов Ю. С., Міккау Н. Е., Вивчення живих тварин в растровому електронному мікроскопі, «Природа», 1977 № 1; Tribe М. A., Eraut M. R., Snook R. K., Basic biology course, book 2 — Electron microscopy and cellstructure, Camb., 1975; Electron microscopy of enzymes. Principles and methods, v. 1—2, N. Y., 1973—74.
