Elektronenmicroscopie in Wageningen:
Historisch overzicht
Door de beperking in scheidend vermogen van de lichtmicroscoop (0.1 micrometer) ontstond er in de loop van het zich ontwikkelende cel- en moleculair biologische onderzoeksterrein een groeiende behoefte aan nieuwe microscopen die konden afdalen naar het nanometer niveau. Met de ontwikkeling van de elektronenmicroscopie werd in die behoefte uitstekend voorzien.
Samen met de ontwikkeling en de plaatsing van transmissie elektronenmicroscopen (TEM) in onderzoekslaboratoria in de jaren vijftig waren specialisten noodzakelijk die als elektronenmicroscopisten veel technische bagage in huis moesten hebben om zulke complexe instrumenten te kunnen bedienen en te onderhouden. Elektronenmicroscopisch onderzoek vroeg om specialisten die nieuwe preparatietechnieken ontwikkelden en de verkregen beelden konden analyseren.
De combinatie van techniek, preparatie en interpretatie betekende in de praktijk dat er binnen organisaties centra ontstonden waar elektronenmicroscopische structuuranalyse plaatsvond. Deze centralisatie werd voor een belangrijk deel ingegeven door de complexheid van de techniek, specialisme, de kostbaarheid van de instrumenten en de toegankelijkheid voor derden. De ontwikkeling van de elektronenmicroscopie in Wageningen is samengevat in Tabel 1.
Transmissie Elektronenmicroscopie (TEM):
In Wageningen werd de eerste TEM (Philips EM 100) geplaatst in 1951 in het toenmalige Laboratorium voor Natuur en Weerkunde. In 1958 is dit instrument verplaatst naar de Vakgroep Virologie (VIR). In 1961 schafte de vakgroep VIR een tweede TEM (Siemens Elmiskop 1) aan. De Philips EM 100 werd in 1968 vervangen door een JEM 7A (JEOL), en in 1969 door een Elmiskop 101. Tenslotte is in 1989 deze TEM vervangen door een Philips CM12 en dit apparaat (inmiddels 13 jaren oud) is daar nog steeds in gebruik. De tweede TEM van de vakgroep VIR (Siemens Elmiskop 1) is in 1981 vervangen door een Zeiss EM109, en op het moment van noodzakelijke vervanging ingeruild voor een confocale scanning laser microscoop (CSLM), mede bekostigd door het departement DW. De Philips EM 100 van het Laboratorium voor Virologie is in 1968 overgedragen aan het IPO-DLO ten behoeve van het virologisch onderzoek aldaar. In 1971 is dit instrument vervangen door een TEM Philips 300, en in 1988 door een Philips CM 12. Tabel 1 geeft een overzicht van al deze veranderingen.
In 1967 werd, door de toenemende vraag naar elektronenmicroscopisch onderzoek vanuit diverse andere laboratoria van de toenmalige Landbouwhogeschool en DLO instituten, een apart elektronenmicroscopisch centrum opgericht, primair t.b.v. dienstverlening aan derden. Dit elektronenmicroscopisch centrum was gevestigd binnen de toenmalige Technisch Fysische Dienst voor de Landbouw (TFDL). Hier werd in datzelfde jaar een eerste TEM (Philips 300) geplaatst. In 1982 is dit instrument vervangen door een Philips 400 T met een röntgen microanalyse systeem (EDX) ten behoeve van elementdetectie. Door de oprichting van dit EM centrum binnen de TFDL werd vooral technische ondersteuning nagestreefd. Veel onderzoekers van de LU, DLO en andere onderzoeksinstellingen hebben in dit centrum tussen 1967 en 1980 structurele analyses uitgevoerd.
Door de taakstelling, locatie en bemensing van dit centrum was er geen duidelijke wetenschappelijk inbedding aanwezig. Hierdoor ontstond een technisch service centrum dat in een isolement verkeerde. Tegelijkertijd ontstond juist bij een groot aantal cytologische onderzoeksgroepen van de LU en DLO de behoefte om EM instrumenten binnen de eigen laboratoria te plaatsen om zo het instrument doelmatig te kunnen inzetten in het onderzoek en onderwijs. Om die reden is er in 1975 een TEM (Siemens Elmiskop 51) in het Botanisch Centrum bij de toenmalige Vakgroep Plantkunde geïnstalleerd. Dit microscoop is in 1977 vervangen door een Philips 301 en in 1990 vervangt de toenmalige vakgroep PCM (thans Plantencelbiologie, PCB) dit instrument door een JEOL 1200 EX II.
De plaatsing van deze relatief dure instrumenten binnen vakgroepen werd in de jaren tachtig goed mogelijk omdat technische ondersteuning minder essentieel werd door de toename van de bedieningsvriendelijkheid en de toegenomen technische betrouwbaarheid.
Scanning Elektronenmicroscopie (SEM):
De ontwikkeling van de scanning elektronenmicroscoop (SEM) is ontstaan uit de TEM. Het EM centrum van de toenmalige TFDL heeft in 1970 een eerste SEM (JEOL U3) aangeschaft voor het landbouwkundig onderzoek. Dit instrument is in 1979 vervangen door een JEOL 35C met een element analyse systeem (EDX) en in 1987 door een Philips SEM 535 (EMA) met een WDX en EDX systeem. In 1988 is er op dit instrument een EmScope cryo-systeem geplaatst. Daarnaast schaften het voormalig DLO instituut STIBOKA in 1989 een eigen SEM (Stereoscan 240) aan, evenals de vakgroep PCM in 1990 (een JEOL 5200).
Met name de elektronenoptische verbeteringen en de digitale besturing van de SEM eind jaren tachtig betekenden een sterke verbetering van het oplossend vermogen en betrouwbaarheid van deze microscopen, waardoor deze uitermate geschikt werden voor sub-cellulaire analyse van biologische preparaten. Tegelijkertijd waren er nieuwe ontwikkelingen op het gebied van de cryo-preparatie technieken. Dit leidde ertoe dat er in 1994 bij de vakgroep PCM (thans PCB) een Lage Temperatuur Veld-Emissie Scanning Elektronenmicroscoop (JEOL 6300F met Oxford Instruments CT 1500 HF) werd geplaatst. Dit instrument was geruime tijd de enige in zijn soort in Europa.
Opheffing elektronenmicroscopie bij TFDL en IPO-DLO:
Het EM centrum van de TFDL hield op te bestaan in 1994. Het personeel en instrumentarium werd verdeeld over diverse DLO locaties in Wageningen. De Philips SEM 535 (EMA), WDX EDX systeem met randapparatuur werd verplaatst naar het IPO, waar het systeem in 1998 buiten gebruik gesteld werd.
Met het opgaan van het IPO in het instituut PRI is een einde gekomen aan de elektronenmicroscopie binnen het DLO-deel van KEP. Sindsdien maken PRI medewerkers gebruik van de TEM faciliteiten van de lsg. VIR en PCB en van de SEM faciliteiten van PCB. De SEM (Philips 535 (EMA) WDX EDX) werd afgevoerd, de TEM (Philips CM12) verkocht aan de Universiteit van Groningen en een enkel stuks bruikbare randapparatuur is naar de lsg. Plantencelbiologie (PCB) verplaatst. M.b.t. het gevoerde beleid op elektronenmicroscopisch gebied is er altijd sprake geweest van een goed georganiseerde overlegstructuur, waardoor dubbele aanschaf binnen WU en DLO (incl. TFDL) vermeden werd (aanschafadviezen aan CvB en directie DLO) en de dienstverlening aan derden zo goed mogelijk geregeld was.
Zo was er in de jaren '80 tot '90 een overlegstructuur bestaande uit gebruikers en beheerders van elektronenmicroscopen. Hierin hadden zitting de hoogleraar/beheerders van betrokken LU vakgroepen en de directeuren van betrokken DLO instituten. Dit adviesorgaan werd ondersteund en van gegevens voorzien door een overleggroep van de beheerders van de EM centra. Dit overleg is later opgegaan in de huidige CLEM gebruikersgroep. Hierin hebben momenteel zitting vertegenwoordigers van de leerstoelgroepen CBI, VIR en PCB.
Huidige stand van zaken:
Eind 2001 is de SEM JEOL 5200 buiten bedrijf gesteld en het instrument is in februari 2003 verkocht aan een ziekenhuis in Rotterdam.
Binnen de Kenniseenheid Plant zijn sindsdien 2 TEM’s en 1 SEM aanwezig.
In 2004 hebben de leerstoelen Virologie en Plantencelbiologie van de Kenniseenheid Plant besloten het Wageningen EM Centrum (WEMC) op te richten en samen te werken op het gebied van de elektronenmicroscopie ten behoeve van eigen onderzoek en dienstverlening aan derden.
In 2006 is met behulp van NanoNed gelden een INCA EDX röntgenspectroscoop aan de FESEM gekoppeld. Deze uitbreiding maakt het mogelijk om naast structurele analyse ook elementanalyses uit te voeren. Tevens werd een digitale camera aangeschaft en geplaatst in de JEM 1200.
In 2006 is door NWO aan het WEMC een subsidie toegekend voor aanschaf van een transmissie elektronenmicroscoop met mogelijkheden voor tomografie. In 2007 is dan ook een 200 kV microscoop van JEOL (JEM 2100) geplaatst met een high-end 4k x 4k digitale camera van Gatan (US4000). Met deze microscoop kunnen driedimensionale reconstructies gemaakt worden van preparaten met een resolutie tot op de nanometerschaal.
De twee oude TEM’s van Virologie en PCB werden ingeruild voor een routine TEM met digitale camera (JEM 1011).
Eind 2007 heeft de leerstoel Plantencelbiologie zich terug getrokken uit het WEMC. Het WEMC is sindsdien gepositioneerd binnen de leerstoel Virologie. Feitelijk ontstond de situatie zoals die was in 1958. Met de verhuizing van de instrumentatie vanuit het botanisch centrum en virologie naar het Radix op de WUR campus is het WEMC nu ook fysiek in een unielocatie gesitueerd en is de situatie weer als 50 jaar geleden.
Tijdens en net na de verhuizing is de 17 jaar oude Lage Temperatuur Veld-Emissie Scanning Elektronenmicroscoop (JEOL 6300F met Oxford Instruments CT 1500 HF) vervangen door een ultrahoge resolutie SEM Magellan 400 met Leica Cryo-systeem (MED 020 met VTC 100).