En esta técnica la preparación teñida es traspasada por un haz de electrones, lo cual proporciona la imagen ultrafina sobre una pantalla ad hoc. El microscopio electrónico de transmisión es capaz de generar un haz de electrones a alta tensión (80kV) y concentrarlo sobre la preparación mediante un complejo sistema de campos electromagnéticos equivalentes a las "lentes" del microscopio de luz.
Las muestras para microscopía electrónica deben fijarse en glutaraldehído, Los fragmentos deben ser pequeños y tienen que fijarse en forma de varios trocitos cuboideos de tejido de no más de 1 mm. Las muestras se incluyen en resinas sintéticas (Epon) y se practican cortes 10 veces más delgados que los de microscopía de luz llamados cortes ultrafinos. La tinción se realiza con sales de metales pesados como citrato de plomo, tetróxido de Osmio o acetato de uranilo, que permiten un contraste adecuado del tejido bajo el haz de electrones. Los cortes ultrafinos se montan sobre grillas de cobre, se tiñen y se observan al microscopio electrónico
La mayor utilidad de la microscopía electrónica de transmisión es en Oncología, particularmente útil en el diagnóstico de neoplasias malignas, diferenciación no apreciables a microscopía de luz como desmosomas, propios de células epiteliales, que orientan hacia carcinoma.
El microscopio electrónico, al trabajar con partículas cargadas, los electrones, se enfocan aplicando un campo eléctrico o un campo magnético.
Se utilizan la microscopía electrónica de transmisión o convencional y la de barrido.
El microscopio electrónico de transmisión (TEM) fue el primer tipo de microscopio electrónico desarrollado, en 1931. Utiliza un haz de electrones en lugar de luz para enfocar la muestra consiguiendo aumentos de 100.000 X. Para ello emplea las propiedades ondulatorias de los electrones porque genera imágenes de los objetos que no pueden verse a simple vista o con el microscopio de luz.
En 1942 se desarrolló el microscopio electrónico de barrido (SEM), con una resolución entre 3 y 20 nm, dependiendo del microscopio. este permite apreciar con mayor facilidad texturas y objetos en tres dimensiones que hayan sido pulverizados metálicamente antes de su observación. Por esta razón solamente pueden ser observados organismos muertos, y no se puede ir más allá de la textura externa que se quiera ver. Los microscopios electrónicos sólo pueden ofrecer imágenes en blanco y negro puesto que no utilizan la luz. Posteriormente son coloreadas las imágenes digitales para proporcionar más realismo.
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