Microscopie électronique en transmission - Définition

Préparation des échantillons

En microscopie électronique, les échantillons sont soumis à plusieurs contraintes :

• l'impact du faisceau électronique,
• l'observation dans une chambre à vide,
• échantillon mince afin que le faisceau puisse être transmis.

Pour que les échantillons ne soient pas dégradés durant l'observation et puissent être observés par transmission, les échantillons doivent être dans la plupart des cas préparés. Cette phase est très importante, car c'est elle qui détermine en partie la qualité des résultats obtenus. Suivant les échantillons, les modes de préparation diffèrent.

De plus, l'échantillon doit être conducteur, afin qu'il ne se produise pas de charge électrique locale, dû au faisceau électronique. Pour pallier ce problème, il faut parfois déposer une fine couche conductrice.

Échantillons organiques

En biologie, la lame mince s'obtient en faisant une coupe à l'aide d'un microtome. Une technique de microclivage a permis d'obtenir des profils de multicouches.

De la même façon qu'en microscopie photonique appliquée à la biologie, on utilise souvent des colorants pour rehausser le contraste des détails d'un échantillon, il est possible en microscopie électronique d'utiliser des composés de métaux lourds comme l'osmium, le plomb ou l'uranium pour les fixer dans des zones d'intérêt, comme par exemple le noyau d'une cellule. Ces atomes lourds interagissent suffisamment avec les électrons pour les écarter de la partie du faisceau interceptée par le détecteur fluorescent, faisant ainsi apparaître des tâches sombres sur le détecteur.

Coloration négative

Les échantillons minces sont adsorbés sur une grille métallique recouverte d'un film de carbone fin. Ce sont typiquement des complexes protéiques ou des virus. L'excès d'eau est absorbé à l'aide d'un papier buvard. Une solution contenant un agent contrastant, tel du tétroxyde d'osmium ou de l'acétate d'uranyl, est ajouté sur la grille pendant quelques secondes puis absorbé. Celui-ci va se fixer préférentiellement au bord des particules adsorbées. De par sa forte masse atomique, le contrastant dévie les électrons dans le diaphragme objectif. Ainsi l'échantillon biologique apparaît plus clair que ce qui l'entoure, d'où le nom de coloration négative. L'échantillon apparaît blanc sur un fond sombre sur les photographies.

Ombrage rotatif

Cette technique également appelée « ombrage réplique » est une technique de MET qui étudie le relief des structures. Elle consiste en la vaporisation d'une couche très fine de platine, avec un angle précis, sur l'échantillon maintenu en rotation. Cette couche de platine, consolidée avec une couche de carbone également très fine, est ensuite décollée de l'échantillon puis observée directement par dépôt sur les grilles d'observations.

Échantillons inorganiques

Amincissement

Image MEB d'un échantillon préparé pour une analyse MET avec une sonde ionique focalisée (FIB). La membrane mince dont l'épaisseur est d'environ 300nm est acceptable pour une analyse MET, à condition de ne pas rechercher une très bonne résolution spatiale.

Pour les échantillons volumiques, la préparation se déroule en plusieurs étapes. D'abord une fine lamelle de 3 mm de diamètre est prélevée avec une scie à fil diamanté, puis celle-ci est préamincie à l'aide de techniques grossières utilisant des procédés mécaniques ou chimiques. La dernière étape doit être effectué de manière plus précise afin de conserver des vastes zones très minces. Elle peut s'effectuer par bombardement ionique, où un faisceau d'ions Ar perce l'échantillon. Depuis quelques années, la technique la plus courante consiste en phase finale à faire un usinage avec une sonde ionique focalisée.

En ce qui concerne l'épaisseur critique d'un échantillon, il n'existe pas de critère simple de définition. Pour une bonne observation, le faisceau transmis doit conserver un degré satisfaisant de collimation et une dispersion énergétique réduite. En règle générale, l'épaisseur est comprise entre quelques dizaines et centaines de nanomètres.

Dépôt

Dans certains cas, il est possible de broyer, ou de gratter la materiau, puis de le dissoudre dans une solution. En prélevant une goutte et en l'évaporant, on peut alors déposer le materiau sur une grille. Cette dernière est généralement recouverte d'un film mince transparent au MET, ou alors possède des trous au bord desquels des morceaux peuvent se suspendre à l'intensité des forces de tension superficielle. De cette manière des nanoparticules peuvent être déposées et étudiées.