Das Transmissionselektronenmikroskop (TEM)
Heute meint man mit dem Begriff "Elektronenmikroskop" in der Regel das Transmissionselektronenmikroskop, kurz TEM. Der Aufbau ist leicht zu verstehen: Der Strahl aus Elektronen, wird durch eine elektrisch leitende Kathode geleitet. Sie hat die Form einer Haarnadel und wird durch den Stromfluss stark aufgeheizt. An der korrespondierenden Annode liegt Hochspannung an und die Elektronen werden von der Kathode zur Anode gezogen. Je nachdem wie groß die angelegte Spannung ist, variiert die Auflösung des resultierenden Bilde, weil die Wellenlänge des Elektronenstrahls verändert wird. Je größer die Spannung, desto höher ist auch das Auflösungsvermögen. Wichtiger als das, wird die Auflösung auch von der Qualität der Linsen und vor allem durch die Qualität des Präparats beeinflusst: Die mögliche Auflösung liegt heutzutage bei 0,2-0,3 Nanometern, die jedoch zum Beispiel bei biologischen Präparaten nicht erreicht wird; da liegen die erreichbaren Auflösungen zwischen zwei und einem Nanometer, was einer Vergrößerung von ~300 000 entspricht.
Die Anode hat an ihrem Boden ein Loch, durch das die beschleunigten Elektronen austreten können und sich ihren Weg durch das Gerät zum Präparat bahnen und funktionieren prinzipiell wie Lichtstrahlen in einem Lichtmikroskop. Die sogenannten Linsen sind Spulen, die von einem elektromagnetischem Feld umgeben sind, das sie selbst verursachen. Dieser Elektronenstrahl, nochmal gebündelt von einem Kondensator, fließt durch das zu mikroskopierende Präparat hindurch und wird leicht abgelenkt. Wie stark er abgelenkt wird, hängt dabei von dem Stoff ab, auf den es trifft. Je nachdem wie die Elektronendichte des Atoms ist, auf das der Strahl trifft, desto stärker wird er abgelenkt. Organische Objekte wie z.B. Insekten bestehen größtenteils aus Atomen mit niedriger Elektronendichte, das heißt der Kontrast ihrer vergrößteren Abbilder ist relativ gering. Um den Kontrast zu erhöhen, setzt man Schwermetalle ein. Außerdem darf das Testobjekt nicht zu groß sein, weil der Elektronenstrahl dort sonst für zu große Hitze sorgen und das Präparat zerstören würde. Aus diesen beiden Gründen ist es nicht möglich, lebende Objekte im Elektronenmikroskop zu betrachten.
Haben die Elektronen das Objekt passiert, werden sie vom Objektiv wieder eingefangen, wodurch ein Bild entsteht, das daraufhin durch noch mehr Linsen vergrößert wird. Auf einer Mattscheibe wird das Bild dann sichtbar oder kann auch auf einem Film aufgefangen werden, um ein dauerhaftes Bild zu erzielen. Elektronenmikroskope erzeugen ausschließlich Bilder in Graustufen, weil die Elektronen keinerlei Farbinformationen transportieren können.