电子显微镜成像原理及应用

电子显微镜成像原理及应用

电子显微镜（ElectronMicroscope,EM)简称电镜，它以电子束代替可见光的大型高分辨的显微装置。目前电镜已广泛应用于包括医学在内的各个领域。

EM

在光学显微镜基础上使细胞学的概念更加完善，对疾病的认识,特别是对发病机理的研究做出了巨大贡献,为人类认识自我发挥了重要作用。分辨率与放大倍数分辨率：将邻近两点清晰区分、辨认的能力，用能被辨认的邻近两点的距离δ表示。δ越小，能分清的物体细节越细，分辨本领就越高。

δ=0.61λ/nSinαλ:电磁辐射波长，α:入射锥角；n:物体所处媒介的折射率；放大倍数：放大倍数与分辨本领存在着以下关系：M=δ眼/δ镜

LM：可见光的平均波长为500nm，极限分辨率为0.25um.EM：电子波波长短，且波长随加速电压的增高而更短，当加速电压为50～100千伏时，电子束波长约为0.0053～0.0037纳米。由于电子束的波长远远小于可见光的波长，所以电子显微镜的分辨本领远远优于光学显微镜。目前较好的电镜分辨率为0.2nm左右，比LM提高1000倍，比人眼提高100万倍。

1、电镜与光镜的比较

电子显微镜

光学显微镜

光源 电子束 光束 分辨率约

0.2nm约

0.2µm介质真空 空气 透镜 电磁透镜 玻璃透镜 聚焦电聚焦 机械 显像方式荧光屏直接观察放大倍数

1,000,000倍1,000倍成像原理利用样品对电子的散射利用样品对光的吸和透射形成明暗反差收和散射成明暗反差和颜色变化成像

间接、黑白直接、彩色透射电镜TEM透射电镜基本构造与光学显微镜相似，只是用电子束代替光束，用磁透镜代替玻璃透镜。光源由电子枪和一或两个聚光镜组成，其作用是得到具有确定能量的高亮度的聚焦电子束。透射电镜的基本结构透射电镜的总体工作原理是：由电子枪发射出来的电子束，在真空通道中通过聚光镜将之会聚成一束尖细、明亮而又均匀的光斑，照射在样品室内的样品上；样品内致密处透过的电子量少，稀疏处透过的电子量多，即：透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息；经过物镜的会聚调焦和初级放大后，电子束进入下级的中间透镜进行综合放大成像，最终被放大了的电子影像投射在观察室内的荧光屏板上；荧光屏将电子影像转化为可见光影像以供使用者观察。厦门大学分析测试中心：高分辨率TecnaiF30

场发射透射电子显微镜系统（荷兰Philips-FEI公司）厦门大学分析测试中心：日本电子公司JEM100CX-Ⅱ透射电镜。

透射电子显微镜技术在生物医学领域中的应用

常规技术-----超薄切片制备生物样品技术：由于电子束的穿透力很弱，因此用于电镜的标本须制成厚度约50nm左右的超薄切片。常规染色----为了增强细胞结构的电子反差。染色是依据各种细胞结构与染色剂（重金属盐）结合的选择性，而形成对电子不同的散射能力，从而产生能够区别各种结构的反差，在镜下可看到生物样品的超微结构；RER,G-6-PasePlasmalemma,AlPMito.,SDH巨噬细胞吞噬病毒的过程扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜（ScanningElectronMicroscope,

SEM）是将电子枪所发射出来的很细的电子束照射在样品上，并在样品表面作光栅扫描。样品受电子束轰击而被激发出二次电子等信息，再经二次电子检测器收集，视频放大器放大，最后在显像管的荧光屏上显示出反映样品表面形貌的扫描图象。因此，SEM图象与样品表面被激发的二次电子数量密切相关，并依靠二次电子的多少形成图像的反差，而二次电子的数量又随着样品表面的形貌和组成样品的元素成份不同而变化。这样就使SEM成为最适于观察、分析各种物体表面细微结构的一种理想仪器，被广泛应用于医学、生物学及其他科学和生产领域。SEM的特点⑴观察表面形貌，富于立体感；⑵景深长，立体感强；⑶放大范围广，分辨率高（放大倍数可从10倍～10万倍）；⑷可观察块状标本；⑸样品制备简单；⑹可结合元素分析。厦门大学分析测试中心：德国里奥电镜有限公司LEO-1530扫描电子显微镜系统

扫描电子显微镜在生物医学领域中应用常规技术用于观察一般生物个体表面形态、以及其表面有无异物存在和形变发生；胎儿舌乳头上的丝状乳头（A）和菌状乳头（B）BBAAABB苍蝇的复眼扫描电镜和透射电镜比较项目扫描电镜透射电镜分辨本领70～100Å2Å放大倍数20～40万倍100万倍加速电压1～50KV几十千伏～几百千伏图像特点景深较大、三维立体结构景深小、两维平面结构样品制备固定-脱水-临界点干燥-喷涂金属固定-脱水-包埋-超薄切片-重金属染色样品尺寸1cm350～100nm切片样品损伤光斑直径只有几十埃的电子束在样品上扫描，对样品损伤极小大约1μm直径电子束打到样品上，造成一定程度损伤样品成像信号二次电子、背散射电子透射电子放大倍数调节用衰减器改变扫描线圈电流，进行放大率调节调整中间镜电流改变放大率决定分辨率因素入射电子束直径决定图像分辨率。加速电压、透镜缩小率、电源稳定度及像差决定电子束斑直径加速电压、电源稳定度、像差、样品厚度等影响分辨率电