毕业论文-BX51-P型电子显微镜的研究与应用.doc

姓 名 专 业 班 级 11医电2班 论 文 名 称 BX51-P型电子显微镜的研究与应用指 导 教 师 深圳职业技术学院毕业设计/论文用纸毕业设计（论文）任务书专业（班）： 11医电2班 姓名： 课题名称、主要内容和基本要求课题名称：BX51-P型电子显微镜的研究与应用 主要内容：本文主要描述了BX51-P型电子显微镜的基本结构基本操作和基本原理，并深刻论述了BX51-P型电子显微镜的操作维护以及分辨率的问题。以及当前电子显微镜的前景和在实际操作中产生的问题，从而使我们对电子显微镜的应用有了比较深刻的认知。基本要求：1：了解BX51-P型电子显微镜的基本结构和基本原理。 2：能会分析电子显微镜的为什么成像比较清晰。 3：会简单操作BX51-P型电子显微镜和简单维护。进度安排周次工作内容执行情况13选定题目、搜集资料完成46选择方案完成78可行性研究完成810仪器的使用与操作完成1112方案论证与确定完成1315书写报告，修改报告完成 16讲解论文思路、制作PPT完成指导教师评语 指导教师签名： 评阅教师评语 评阅教师签名： 毕业设计（论文）成绩答辩委员会主任签名： 答 辩 提 纲姓名 赵 强 班级 11医电2班 指导教师 路 勇 1、 题目 BX51-P型电子显微镜的研究与应用 二、内容提要 1：选题的目的与意义：在迈瑞公司的实习经历告诉我科学技术是第一生产力的地位越来越重要，尤其在今天医学仪器已经成为评判该医学行业的重要指标，电子显微镜也是如此，因此对电子显微镜的研究也十分重要。 2：论文的研究方法: 3：论文的主要内容: 4：论文创新之处: 5：完成任务的自我评价： 答辩成绩： 注：1。本提纲一式五份，答辩时提供给答辩小组各位教师； 2内容提要若有必要可另附图、表及说明； 3本提纲由答辩学生填写，字迹要求工整（不可打印输出）。 内 容 摘 要 当今时代，高新科技日益发展，为了适应新型医疗发展潮流，本文主要以深圳迈瑞BX51-P型电子显微镜为研究对象，阐明了电子显微镜的电子光学系统、真空系统、供电系统，以及基本原理和基本结构。并论述了BX51-P型电子显微镜的操作方法和维护问题，这有利于我们更清楚的认识和把握显微镜在医学上的运用和人们对微观世界的认识和探索。此外根据在研究BX51-P型电子显微镜的基础上，进一步回答了，电子显微镜的分辨率问题和电子显微镜的发展前景。关键词：电子显微镜 维护 真空系统 性能参数 目 录一综 述11-1电子显微镜发展历史11-2BX51-P型电子显微镜1二电子显微镜的构成22-1 电子显微镜概述22-2. BX51-P型电子显微镜的结构2三BX51-P型电子显微镜的基本原理33-1电子光学系统33-2真空系统53-3供电系统53-4 分辨率5四BX51-P型电子显微镜的操作64-1开机前准备64-2开机操作84-3 关机操作84-4 安全标志94-5 维护问题9五. 电子显微镜的应用10 5-1 BX51-P型电子显微镜的适用领域10 5-2 BX51-P型电子显微镜的局限性10 5-3 电子显微镜的发展前景11结论11参考文献12 一综 述1-1 电子显微镜发展历史1926年汉斯布什研制了第一个磁力电子透镜。1931年厄恩斯特卢斯卡和马克斯克诺尔研制了第一台透视电子显微镜。展示这台显微镜时使用的还不是透视的样本，而是一个金属格。1986年卢斯卡为此获得诺贝尔物理奖。1934年锇酸被提议用来加强图像的对比度。1937年第一台扫描透射电子显微镜推出。一开始研制电子显微镜最主要的目的是显示在光学显微镜中无法分辨的病原体如病毒等。1938年西门子公司研制了第一台商业电子显微镜。1949年可投射的金属薄片出现后材料学对电子显微镜的兴趣大增。1960年代投射电子显微镜的加速电压越来越高来透视越来越厚的物质。这个时期电子显微镜达到了可以分辨原子的能力。1980年代人们能够使用扫描电子显微镜观察湿样本。1990年代中电脑越来越多地用来分析电子显微镜的图像，同时使用电脑也可以控制越来越复杂的透镜系统，同时电子显微镜的操作越来越简单。1-2 BX51-P型电子显微镜迈瑞BX51-P型电子显微镜主要用来研究血细胞，以及血常规检测，进而通过分析血细胞成分的数值来进一步分析其他器械性能的稳定性和实用性。BX51-P型显微镜是工业显微镜的一种，它利用的是偏光识别样品的不同特性的高级偏光系统显微镜，适用于各向同性、各向异性材料的鉴别，广泛应用于矿物、化工产品，医学、植物学等分析。 二、BX51-P型电子显微镜的构成 2-1电子显微镜概述电子显微镜（英语：electron microscope，简称：电镜）是利用电子与物质作用所产生之讯号来监定微区域晶体结构，微细组织，化学成份，化学键结和电子分布情况的电子光学装置。常用的有透射电子显微镜和扫描电子显微镜。与光学显微镜相比电子显微镜用电子束代替了可见光，用电磁透镜代替了光学透镜并使用荧光屏将肉眼不可见电子束成像。电子显微镜由直筒体视显微镜、适配镜、摄像器（CCD）、图像采集卡、计算机五种结构组成。高速的电子的波长比可见光的波长短（波粒二象性），而显微镜的分辨率受其使用的波长的限制，因此电子显微镜的分辨率（约0.2纳米）远高于光学显微镜的分辨率（约200纳米）。 2-2 BX51-P型电子显微镜结构BX51-P型电子显微镜的结构也是由体视显微镜、适配镜、摄像器（CCD）、图像采集卡、计算机五种结构组成。如图（1） 三BX51-P型电子显微镜的基本原理 3-1.电子光学系统 1）照明部分 （1）阴极：又称灯丝，一般是由0.030.1毫米的钨丝作成V或Y形状。（2）阳极：加速从阴极发射出的电子。为了安全，一般都是阳极接地，阴极带有负高压。（3）控制极：会聚电子束；控制电子束电流大小，调节象的亮度。阴极、阳极和控制极决定着电子发射的数目及其动能，因此，人们习惯上把它们通称为“电子枪”。 （4）聚光镜：由于电子之间的斥力和阳极小孔的发散作用，电子束穿过阳极小孔后，又逐渐变粗，射到试样上仍然过大。聚光镜就是为克服这种缺陷加入的，它有增强电子束密度和再一次将发散的电子会聚起来的作用。如下图（2）： 图（2）2）成像放大部分（1）试样室：位于照明部分和物镜之间，它的主要作用是通过试样台承载试样，移动试样。（2）物镜：电镜的最关键的部分，投射电镜的好坏，很大程度上取决于物镜的好坏。物镜的最短焦距可达1毫米，放大倍数约为300倍，最佳分辨本领可达1埃，目前，实际的分辨本领为2埃。（3）中间镜（4）投影镜 如下图（3）、（4）所示：图（3）图（4）3）显像部分 图（5） 这部分由观察室和照相机构组成。在分析电镜中，还有探测器和电子能量分析及附件。如图（5）3-2.真空系统为了保证真在整个通道中只与试样发生相互作用，而不与空气分子发生碰撞，因此，整个电子通道从电子枪至照相底板盒都必须置于真空系统之内，一般真空度为10-410-7毫米汞柱。同时电镜镜筒内的电子束通道对真空度要求很高，电镜工作必须保持在10-310Pa以上的真空度(高性能的电镜对真空度的要求更达10Pa以上)，因为镜筒中的残留气体分子如果与高速电子碰撞，就会产生电离放电和散射电子，从而引起电子束不稳定，增加像差，污染样品，并且残留气体将加速高热灯丝的氧化，缩短灯丝寿命。获得高真空是由各种真空泵来共同配合抽取的。3-3.供电系统透射电镜需要两部分电源：一是供给电子枪的高压部分，二是供给电磁透镜的低压稳流部分。电压的稳定性是电镜性能好坏的一个极为重要的标志。加速电压和透镜电流的不稳定将使电子光学系统产生严重像差，从而使分辨本领下降。所以对供电系统的主要要求是产生高稳定的加速电压和各透镜的激磁电流。在所有的透镜中，物镜激磁电流的稳定度要求也最高。3-4.分辨率分辨能力是电子显微镜的重要指标，电子显微镜的分辨能力以它所能分辨的相邻两点的最小间距来表示，即称为该仪器的最高点分辨率：d=。显然，分辨率越高，即d的数值（为长度单位）愈小，则仪器所能分清被观察物体的细节也就愈多愈丰富，也就是说这台仪器的分辨能力或分辨本领越强。分辨率与透过样品的电子束入射锥角和波长有关。可见光的波长约为300700纳米，而电子束的波长与加速电压有关。依据波粒二象性原理，高速的电子的波长比可见光的波长短，而显微镜的分辨率受其使用的波长的限制，因此电子显微镜的分辨率（0.2纳米）远高于光学显微镜的分辨率（200纳米）。当加速电压为50100千伏时，电子束波长约为0.00530.0037纳米。由于电子束的波长远远小于可见光的波长，所以即使电子束的锥角仅为光学显微镜的1%，电子显微镜的分辨本领仍远远优于光学显微镜。光学显微镜的最大放大倍率约为2000倍，而现代电子显微镜最大放大倍率超过300万倍，所以通过电子显微镜就能直接观察到某些重金属的原子和晶体中排列整齐的原子点阵。 四BX51-P型电子显微镜的操作4-1 开机前准备制备样品（带口罩与手套进行）样品制备相对简单，原则上只要能放入样品室的样品，都可进行观察。但应该注意以下事项：样品在物理上和化学上必须要保持稳定，在真空中和电子束轰击下不挥发或变形，没有腐蚀性和放射性。由于光源是电子，样品必须导电，非导电样品可喷镀金膜。金膜在一定程度上会影响样品原有形貌。由于物镜有强磁性，带有磁性的样品制样必须非常小心，防止在强磁场中样品被吸入物镜或分散在样品室中。通常磁性样品必须退磁，且工作距离（WD）须大于8mm。4-2 开机操作 （1）轰击 电子显微镜（FE-SEM）在程序启动后会提示进行flash，如图6所示。（去除电子源FE尖端吸附的气体分子，起清洁作用。）通常是每天开始使用SEM时flash一次，并记录发射电流Ie，当累计使用超过8小时，发射电流开始不稳定，需要再轰击一次，同样记录下电流Ie。 轰击后可以立即观察图像。但是在最初的1小时左右，有时会有图像干扰（图像中出现明暗的横线）。进行高分辨率的观察时，最好在轰击完1小时以上后再进行观察。具体操作过程：点击控制面板上的加速电压显示区域，出现加速电压HV设定画面。点击“Flashing”键后，在HV设定画面出现轰击执行（Flashing Execute）窗口。确认轰击强度Intensity为“2”后，点击“Execute”按钮。HV的Ie（发射电流）显示器显示2秒钟轰击产生的发射电流，电流值大约为30uA-40uA，有时仅轰击一次，达不到所要求的值，这时需要连续轰击2-3次，若还达不到要求可换Intensity 3。（为了保护FE灯丝，程序自动计数25秒后，才进行下一次轰击。）图6 Flash 过程图 （2）样品装入制备好的样品需要放到样品室进行观察，样品室真空度E-3 Pa。(按前面板MODE可显示SC的真空度LE-3)样品室和外界环境通过样品交换腔连接，样品交换腔体积较小，抽放真空较容易。放样过程是先破坏样品交换腔真空，拉开样品交换腔把样品放入；再对样品交换腔抽真空；最终把样品放入样品室。具体操作过程： 把已制备好的样品台装入样品座，并使用高度规限定样品台高度。确保样品的最高点和高度规的下边缘齐平，可低1-2mm，如图7所示，并确认样品台与调节螺杆、紧固盘片与样品台座上紧。（很重要，一旦部件掉进样品室会很麻烦。） 点击软件右上方“HOME”键，确认样品台处于初始位置。绿色显示条停止闪烁后，样品台回归交换状态。 如图8所示。按下样品交换腔上方 “AIR”按钮至闪烁，蜂鸣器响后，用双手拉开样品交换腔。如图9所示。 图7 高度规 图8 交换状态按钮 图9 交换腔控制按钮 图10 手柄旋钮样品交换杆手柄顺时针旋至 “UNLOCK”位置后，把样品座插入样品交换杠并逆时针旋转交换杠手柄至“LOCK”位置，锁紧样品座。 如图10所示。将交换杆向外拉至尽头卡紧，合上样品交换腔，按紧。按“EVAC”按钮至闪烁；真空泵启动时可松手。蜂鸣器响后，按“OPEN”按钮至闪烁；蜂鸣器响后，交换门打开。 推入样品杆到底；将样品杆从“LOCK”位置转回“UNLOCK”位置后抽出，按“CLOSE”按钮至闪烁；蜂鸣器响后，交换门关闭。 4-3 关机操作（1）当所有样品测试完成后，单击操作界面左上角“OFF”键关闭高压，然后单击操作界面右上角“HOME”键，等待绿色指示条停止闪烁，样品台恢复至初始交换位置。（2）按照样品交换流程取出样品台。（3）样品交换舱抽真空完成后，可关闭软件单击操作界面右上角“X”按钮。出现“Exit SEM Manager”显示框。一分钟左右，SEM程序即自动退出。（4）关闭前面板显示单元 “DISPLAY”开关。关闭循环水。4-4 安全标志4-5 维护问题常见的问题，就是灯丝损坏，通常3个月左右更换一次。在安装灯丝时，必须使灯丝尖端与栅极孔的中心严格对正。 环境温度205摄氏度（变动小于1摄氏度）、湿度小于60%、保持室内清洁。空气压力不足，无法使电子得到足够的能量，进行电子轰击。防尘光学元件表面落入灰尘，不仅影响光线通过，而且经光学系统放大后，会生成很大的污斑，影响观察。灰尘、砂粒落入机械部分，还会增加磨损，引起运动受阻，危害同样很大。因此，必须经常保持显微镜的清洁。防腐蚀 显微镜不能和具有腐蚀性的化学试剂放在一起。如硫酸、盐酸、强碱等。防热 防热的目的主要是为了避免热胀冷缩引起镜片的开胶与脱落。请匆碰处尖锐的物品，如铁钉、针等。五、BX51-P型电子显微镜的应用 5-1 BX51-P型电子显微镜的适用领域 1、细胞生物学：观察亚细胞如细胞膜细胞骨架等的超微结构。 2、分子生物学：观察染色体、生物大分子的结构等。 3、解剖学：观察血管和骨组织的微细构造和空间分布等。 4、病毒研究：观察病毒形态结构、发展发育和病毒种类等。 5、临床检验：可辅助多种疑难病症的临床诊断。 6、超微病理学：观察在病毒或致癌物作用下细胞核的变化，研究缺血、缺氧所引起的细胞器的病理变化等。 5-2 BX51-P型电子显微镜的局限性： (1)无法观察活标本； (2)电子束可能通过碰撞和加热破坏样本； (3)此外购买和维护的价格都比较高； (3)标本须有能散射电子的重原子，而生物组织主要是C、H、O、N等轻原子； （4）如电镜设备昂贵、样本制备较复杂、实验费用较高； （5）样本取材少，观察范围有限，有时还可能会遗漏信息； （7）当用于辅助肿瘤外检诊断时，只能判定组织或细胞的来源，不能确定肿瘤的良恶性； 5-3 BX51-P型电子显微镜的前景 许多年来，人们一直致力于提高显微镜的分辨率， BX51-P型电子显微镜为我们解决了一些实际性问题，分辨率、放大率等重要参数。随着计算机技术和医学工具的不断进步，光学设计的理论和方法也在不断改进，学科的交叉和联系越来越紧密。电子显微镜这一行业，尤为发挥了重要作用。任何事物都是伴随着其他事物的发展而发展，电子显微镜为人类获得新型材料以及促进现代医学的发展创造了条件，它为21 世纪科学技术的发展奠定了基础，在材料，生物、医学等领域得到广泛的应用。因此显微镜的研究具有重要意义，故其前景也非常可观！ 结 论 通过对深圳迈瑞BX51-P型电子显微镜的基本组成、基本原理、基本操作进行了详细的阐述，得到了电子显微镜与众不同的优势。然而BX51-P型电子显微镜并没有阐明放大率的问题。同时，BX51-P型电子显微镜在实际测试中也发现了一些未可预料的问题，例如电子枪经常发生故障，具体说来说：对后台数据库中数据，在读取的同时会增加网络负担，使结