電子顕微鏡の概要と仕組み
歴史
電子顕微鏡の最初の実用モデルは、エルンスト・ルスカとマックス・ノールによって開発されました。1928年、ノール教授はルスカに電子ビームを集光するレンズの作成を依頼し、1931年に特別に設計された2つの磁気コイルで電子ビームを集束させ、拡大を実現しました。
理論
電子顕微鏡の理論は、量子力学に基づく電子波動説に由来します。20世紀初頭、フランスの物理学者ルイ・ド・ブロイが1924年に「電子は波として振る舞う」と仮説を提唱し、これが波動力学の基礎となりました。この考え方により、電子波を利用した高倍率顕微鏡の開発が可能になりました。
定義
電子顕微鏡（EM）は、電子ビームを利用して DNA 配列や細胞構造など極めて微小な対象を拡大観察する装置です。主なタイプには、透過型電子顕微鏡（TEM）、走査型電子顕微鏡（SEM）、反射型電子顕微鏡（REM）、走査透過型電子顕微鏡（STEM）があります。これらは倍率や観察対象に違いがありますが、共通して電子ビームで拡大する原理を採用しています。
機能
電子顕微鏡は、対象物の形状（トポグラフィ）、形態（モルフォロジー）、化学組成、結晶構造情報を高解像度で映し出します。トポグラフィは対象の外観、モルフォロジーはサイズや形、組成は化学的性質、結晶情報は原子配列や導電性などを示します。
作用機序
電子顕微鏡の動作は大きく4段階に分けられます。
- 電子の放出・加速により電子流（ビーム）を作る。
- 磁気レンズでビームを集束させ、細い光線に整える。
- レンズ系で焦点を調整し、対象物に照射する。
- 対象物とビームの相互作用により生成された信号を検出し、拡大画像として再構成する。