Dankzij een handige truc van onderzoekers in Delft kan een elektronenmicroscoop tot wel twintig keer sneller biologische preparaten afbeelden. Wat voorheen dagen duurde, kan nu in een dag.

Je treft hem tegenwoordig in zo’n beetje elk laboratorium aan: de elektronenmicroscoop. Een fors en duur apparaat, maar wetenschappers kunnen bijna niet meer zonder. Ze gebruiken hem voortdurend om afbeeldingen te maken van dat wat met het blote oog (en de traditionele lichtmicroscoop) onzichtbaar blijft: fijnzinnige structuren in halfgeleidermaterialen of de kleinste details van biologische weefsels. De elektronenmicroscoop is een onmisbaar instrument geworden.

Alleen maakt zijn precisie hem ook traag. Een elektronenmicroscoop die met zijn smalle bundel een biologisch monster scant, is alsof je met een zaklantaarn hangend aan een touwtje elk grassprietje van een voetbalveld wil belichten. Ja, elk detail komt in beeld, maar het geduld wordt op de proef gesteld.
 

Spanning

Hier bedacht een team ingenieurs en wetenschappers uit Delft, Groningen en Utrecht wat op. Ze zetten een elektrische spanning op de preparaathouder, wat de inkomende elektronen afremt, en de uitgaande elektronen juist versnelt. Veel moderne elektronenmicroscopen beschikken al over de optie om een spanning op de monsterhouder te zetten.

Door die versnelling komen de elektronen met meer energie op de detector, waardoor ze meer signaal genereren en er dus relatief minder ruis is, vertelt universitair hoofddocent Jacob Hoogenboom van de Technische Universiteit Delft. ‘Dat zorgt ervoor dat het apparaat efficiënter meet.’ Het onderzoeksteam beschrijft zijn bevindingen in een artikel in het tijdschrift Journal of Structural Biology.
 

Meer contrast

Met deze verbeterde signaal-ruisverhouding kun je twee kanten op. Het kan de gebruiker microscoopplaatjes opleveren met meer contrast, waarop de structurele details dus beter op te zien zijn. Dat is bijvoorbeeld hieronder het geval:
 

Twee beelden van een HeLa-cel, beide opgenomen in 33,6 seconden. Bij het maken van het rechterbeeld werd een voltage op de houder van het preparaat aangebracht. Foto's Jacob Hoogenboom

 

Sneller afbeelden

Maar je kan het verbeterde signaal ook gebruiken om sneller een groot preparaat af te beelden. En dat is interessant met name voor wetenschappers die met biologische materialen aan de slag gaan. ‘Kostte het voorheen een paar dagen om een flink preparaat af te beelden, met onze truc lukt dat in enkele uren. Of door de microscoop de hele nacht aan te zetten’, zegt Hoogenboom.


Google Earth

De vinding gaat wetenschappers in de biologie een hoop tijdwinst opleveren. Zij maken namelijk vaak grote opnamen van de weefsels waarin ze geïnteresseerd zijn, weet Hoogenboom. ‘Die opnamen zijn een soort landschap, een soort Google Earth, waar je op de computer doorheen kunt lopen en kunt in- en uitzoomen.’

Jacob Hoogenboom. Foto TU Delft

Om zo’n landschap te maken, moet de elektronenmicroscoop met een heel smalle bundel een flink oppervlak aftasten. ‘Het elektronenbundeltje dat een preparaat scant is vaak maar een nanometer breed’, aldus Hoogenboom. ‘Zelfs als je een nog relatief klein monster van vierduizend bij vierduizend pixels, dus vier bij vier micrometer, wil afbeelden, is het apparaat al een halve minuut bezig. Nu is dat nog te overzien, maar om een plakje met biologisch weefsel van een paar millimeter af te beelden heeft het apparaat een paar dagen nodig, of een heel weekend.’


Openingsfoto: Wetenschapper zit achter de beeldschermen waarop deze elektronenmicroscoop zijn scans afbeeldt. Foto Shutterstock