전자 현미경 (Electron microscopy)

전자 현미경 (Electron microscopy)

 

광학 현미경의 배율에는 이론상 한계가 없으나 가시광선의 최소파장이 고정되어 있기 때문에 분해능은 최대 약 200nm 정도이다. 그러나 전자는 광자보다 파장이 훨씬 짧다. 전자현미경 (EM)은 광자빔이 아닌 전자빔에 초점을 맞춰 시료를 촬영함으로써 글루타메이트 분자 반지름에 해당하는 0.2nm까지 분해능을 1000배까지 높일 수 있다. EM은 시냅스, 시냅스 소포 및 이온 채널과 같은 작은 신경 구조를 검사하는 데 필수적이다.

 

EM 사용의 주요 제한 사항은 표본을 고정하고, 탈수하고, 화학적으로 처리해야 한다는 것이다. 따라서 EM은 살아있는 샘플에 적용될 수 없다. 또한 살아있는 세포에 존재하지 않는 인공물이 나타날 수 있다. 이러한 인공물을 줄이기 위해 조사관은 표본을 신속하게 동결하여 세포의 물 및 기타 구성 요소가 스스로 재배열하거나 심지어 얼음으로 결정화할 시간이 없도록 할 수 있다.

 

EM에는 투과 전자 현미경 (TEM)과 주사 전자 현미경 (SEM)의 두 가지 주요 범주가 있다.

 

투과 전자 현미경 (Transmission Electron Microscopy)

 

 

투과 전자 현미경 (TEM)에서 전자 빔은 대비를 향상시키기 위해 화학적으로 처리된 표본의 얇은 부분을 통해 조준된다. 보존된 조직의 매우 얇은 (< 100nm) 섹션은 특정 세포 구성 요소에 우선적으로 끌리는 중금속 원자로 염색된다. 이러한 중금속 얼룩은 전자 밀도가 높기 때문에 전자빔이 시료의 중금속 원자에 닿으면 전자가 흡수되거나 산란되어 전자 밀도가 높은 영역이 어둡게 보인다. 전자석은 하전된 전자 궤적을 구부려 이미지에 초점을 맞추고 확대한다. 우리는 전자를 볼 수 없기 때문에 전자 강도의 변화는 전자를 특수 검출기에 투사하거나 빔 전자에 부딪히는 빔 전자의 양에 비례하여 강도로 형광을 발하는 스크린에 투사하여 광자로 변환된다. TEM은 세포의 내부 구조를 연구하는 데 유용한 얇은 조직 섹션의 2차원 이미지를 생성한다. TEM은 시냅스 후 밀도가 신경 전달 물질 소포를 포함하는 시냅스 전 막과 밀접하게 접촉하는 전자 밀도 영역으로 명확하게 나타나기 때문에 시냅스를 정의하는 데 자주 사용된다.

 

주사 전자 현미경 (Scanning Electron Microscopy)

 

주사 전자 현미경 (SEM)은 표본의 표면을 자세히 연구하는 데 유용하다. 고에너지 전자빔은 명암비와 신호 대 잡음비를 향상시키기 위해 일반적으로 금 또는 백금 박막으로 코팅된 표본의 표면을 가로질러 스캔한다. 빔이 시료의 표면을 가로질러 스캔할 때 시료와 전자빔 사이의 상호작용으로 인해 시료 표면에서 또는 근처에서 방출되는 다양한 유형의 전자 신호가 발생한다. 이러한 전자 신호는 수집, 처리되고 결국 모니터의 픽셀로 변환되어 3차원으로 나타나는 표본의 표면 지형 이미지를 형성한다. 시료 표면에서 여기된 저에너지 2차 전자는 가장 흔히 감지되는 신호이다. 고에너지 후방산란 전자와 X선은 시편 표면 아래에서 방출되어 시편 구성에 대한 정보를 제공한다.

 

전자 단층촬영 (Electron Tomography)

 

 

전자 현미경 단층 촬영이라고도 하는 전자 단층촬영 (ET)은 컴퓨터 단층 촬영과 유사하다. CT 스캔에서 이미징 장비는 환자 주위를 움직여 뇌 조각의 다른 이미지를 생성한다. ET에서 표본은 전자 현미경 내에서 기울어져 다양한 관점에서 TEM 이미지를 생성하여 3차원 보기를 재구성한다. 2 ~ 20nm의 분해능으로 ET는 분자 구조와 세포 소기관의 3차원 미세 구조를 결정하는 데 사용할 수 있다. ET는 축삭 말단에서 시냅스 전 소포의 조직을 설명하는 데 특히 유익하다.

 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128005118000058

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