實(shí)驗(yàn)2電子顯微鏡的原理及使用ppt課件

1、實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 電子顯微鏡的電子顯微鏡的原理及運(yùn)用原理及運(yùn)用 光學(xué)顯微鏡的發(fā)明為人類認(rèn)識(shí)微觀世界提供了重光學(xué)顯微鏡的發(fā)明為人類認(rèn)識(shí)微觀世界提供了重要的工具。隨著科學(xué)技術(shù)的開展，光學(xué)顯微鏡因其有要的工具。隨著科學(xué)技術(shù)的開展，光學(xué)顯微鏡因其有限的分辨身手而難以滿足許多微觀分析的需求。上世限的分辨身手而難以滿足許多微觀分析的需求。上世紀(jì)紀(jì)3030年代后，電子顯微鏡的發(fā)明將分辨身手提高到納年代后，電子顯微鏡的發(fā)明將分辨身手提高到納米量級(jí)，同時(shí)也將顯微鏡的功能由單一的形貌察看擴(kuò)米量級(jí)，同時(shí)也將顯微鏡的功能由單一的形貌察看擴(kuò)展到集形貌察看、晶體構(gòu)造、成分分析等于一體。人展到集形貌察看、晶體構(gòu)造、成分分析等于

2、一體。人類認(rèn)識(shí)微觀世界的才干從此有了長(zhǎng)足的開展。類認(rèn)識(shí)微觀世界的才干從此有了長(zhǎng)足的開展。 電鏡技術(shù)又稱電子顯微術(shù)是一門技術(shù)性很強(qiáng)的綜合性學(xué)科。就電鏡技術(shù)而言，屬現(xiàn)代物理學(xué)范疇；就組織和細(xì)胞的超微構(gòu)造含超微病理而言，屬現(xiàn)代分子細(xì)胞生物學(xué)及形狀學(xué)范疇。 電子顯微鏡技術(shù)電子顯微鏡技術(shù)electron microscopy是研討是研討細(xì)胞亞顯微構(gòu)造的有力手段，因此該技術(shù)是細(xì)胞生細(xì)胞亞顯微構(gòu)造的有力手段，因此該技術(shù)是細(xì)胞生物學(xué)的重要研討方法之一。物學(xué)的重要研討方法之一。 電子顯微鏡電子顯微鏡electron microscope，EM是以電子波作為光源，電磁場(chǎng)作是以電子波作為光源，電磁場(chǎng)作透鏡，利用電子

3、散射過程產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)展顯微成像透鏡，利用電子散射過程產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)展顯微成像的大型儀器設(shè)備。的大型儀器設(shè)備。 電子顯微鏡的開展史電子顯微鏡的開展史Max Knoll(1897-1969) Ernst Ruska(1906-1988) 電子顯微鏡的分辨率可以到達(dá)納米級(jí)(10-9m)?？捎脕聿炜春芏嘣诳梢姽庀驴床灰姷奈矬w,例如病毒。Ruska獲1986年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 1938年，德國(guó)工程師Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世界上第一臺(tái)透射電子顯微鏡(TEM)。電子顯微鏡下的蚊子電子顯微鏡下的蚊子Charles Oatley 1952年，英國(guó)工程師Charles Oatley制

4、造出了第一臺(tái)掃描電子顯微鏡(SEM)。一、電子顯微鏡一、電子顯微鏡 近年來，電鏡的研討和制造有了很大的開展近年來，電鏡的研討和制造有了很大的開展。一方面，電鏡的分辨率不斷提高，透射電鏡的。一方面，電鏡的分辨率不斷提高，透射電鏡的點(diǎn)分辨率到達(dá)了點(diǎn)分辨率到達(dá)了0.2-0.3nm0.2-0.3nm，晶格分辨率曾經(jīng)到，晶格分辨率曾經(jīng)到達(dá)達(dá)0.1nm0.1nm左右，經(jīng)過電鏡，人們?cè)?jīng)能直接察看左右，經(jīng)過電鏡，人們?cè)?jīng)能直接察看到原子像；另一方面，除透射電鏡外，還開展了到原子像；另一方面，除透射電鏡外，還開展了多種電鏡，如掃描電鏡、分析電鏡等。多種電鏡，如掃描電鏡、分析電鏡等。1透射電鏡TEM透射電鏡即透

5、射電子顯微鏡Transmission Electron Microscope，簡(jiǎn)稱TEM，通常稱作電子顯微鏡或電鏡EM，是運(yùn)用最為廣泛的一類電鏡。任務(wù)原理：在細(xì)胞生物學(xué)上，可用于察看和研任務(wù)原理：在細(xì)胞生物學(xué)上，可用于察看和研討細(xì)胞內(nèi)部的亞顯微鏡構(gòu)造、蛋白質(zhì)、核酸等生物討細(xì)胞內(nèi)部的亞顯微鏡構(gòu)造、蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的形狀構(gòu)造及病毒的形狀構(gòu)造。透射電子顯大分子的形狀構(gòu)造及病毒的形狀構(gòu)造。透射電子顯微鏡以電子槍作為照明光源，從電子槍燈絲發(fā)射的微鏡以電子槍作為照明光源，從電子槍燈絲發(fā)射的電子束經(jīng)聚光鏡會(huì)聚照射到樣品上。帶有樣品構(gòu)造電子束經(jīng)聚光鏡會(huì)聚照射到樣品上。帶有樣品構(gòu)造信息的透射電子信息的透

6、射電子transmission electronstransmission electrons，TETE進(jìn)入成像系統(tǒng)，被各級(jí)成像透鏡聚焦、放大后，投進(jìn)入成像系統(tǒng)，被各級(jí)成像透鏡聚焦、放大后，投射在察看熒光屏上，構(gòu)成透射電子顯微鏡像。射在察看熒光屏上，構(gòu)成透射電子顯微鏡像。主要優(yōu)點(diǎn)：分辨率高，可用來察看組織和細(xì)胞主要優(yōu)點(diǎn)：分辨率高，可用來察看組織和細(xì)胞內(nèi)部的超微構(gòu)造以及微生物和生物大分子的全貌。內(nèi)部的超微構(gòu)造以及微生物和生物大分子的全貌。 透射電鏡的構(gòu)造：透射電鏡的構(gòu)造： 主要由照明系統(tǒng)、樣品室、成像系主要由照明系統(tǒng)、樣品室、成像系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、察看與記錄系統(tǒng)、電源統(tǒng)、真空系統(tǒng)、察看與記錄系統(tǒng)、

7、電源及電器系統(tǒng)等六部分組成及電器系統(tǒng)等六部分組成 根據(jù)加速電壓的大小分為以下根據(jù)加速電壓的大小分為以下3 3種：種：1 1普通普通TEMTEM。最常用的是。最常用的是100KV100KV電鏡。這種電鏡分辨率電鏡。這種電鏡分辨率高點(diǎn)高點(diǎn)0.3nm0.3nm，晶格，晶格0.14nm0.14nm，但穿透身手小，察看樣品必需，但穿透身手小，察看樣品必需很薄，約為很薄，約為3030100nm100nm，如細(xì)胞和組織的超薄切片、復(fù)型膜和，如細(xì)胞和組織的超薄切片、復(fù)型膜和負(fù)染樣品等。相當(dāng)普及。我校有這樣的設(shè)備。負(fù)染樣品等。相當(dāng)普及。我校有這樣的設(shè)備。2 2高壓高壓TEMTEM。目前常用的是。目前常用的是20

8、0KV200KV電鏡。這種電鏡對(duì)樣電鏡。這種電鏡對(duì)樣品的穿透身手約為品的穿透身手約為100KV100KV電鏡的電鏡的1.61.6倍，可以在察看較厚樣品時(shí)倍，可以在察看較厚樣品時(shí)獲得很好的分辨身手，從而可以對(duì)細(xì)胞構(gòu)造進(jìn)展三維察看。獲得很好的分辨身手，從而可以對(duì)細(xì)胞構(gòu)造進(jìn)展三維察看。3 3超高壓超高壓TEMTEM。目前已有。目前已有500KV500KV、1000KV1000KV和和3000KV3000KV的超的超高壓高壓TEMTEM。這類電鏡具有穿透身手強(qiáng)、輻射損傷小、可以配備。這類電鏡具有穿透身手強(qiáng)、輻射損傷小、可以配備環(huán)境樣品室及進(jìn)展各種動(dòng)態(tài)察看等優(yōu)點(diǎn)，分辨率也已到達(dá)或超環(huán)境樣品室及進(jìn)展各種動(dòng)

9、態(tài)察看等優(yōu)點(diǎn)，分辨率也已到達(dá)或超越越100KV100KV電鏡的程度。在超高壓電鏡上附加充氣樣品室，使人電鏡的程度。在超高壓電鏡上附加充氣樣品室，使人們可以察看活細(xì)胞內(nèi)的超微構(gòu)造動(dòng)態(tài)變化。們可以察看活細(xì)胞內(nèi)的超微構(gòu)造動(dòng)態(tài)變化。透射電鏡下根尖細(xì)胞的亞顯微構(gòu)造透射電鏡下根尖細(xì)胞的亞顯微構(gòu)造內(nèi)質(zhì)網(wǎng)透射電鏡圖內(nèi)質(zhì)網(wǎng)透射電鏡圖 透射電鏡下細(xì)胞內(nèi)膜透射電鏡下細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸亞顯微構(gòu)造泡運(yùn)輸亞顯微構(gòu)造2 2掃描電鏡掃描電鏡SEMSEM掃描電鏡即掃描電子顯微鏡掃描電鏡即掃描電子顯微鏡Scanning Scanning Electron MicroscopeElectron Microscope，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱SEMS

10、EM。主要用于察看。主要用于察看樣品的外表形貌、割裂面構(gòu)造、管腔內(nèi)外表的構(gòu)造樣品的外表形貌、割裂面構(gòu)造、管腔內(nèi)外表的構(gòu)造等。等。掃描電鏡原理掃描電鏡原理 任務(wù)原理：利用電子射線轟擊樣品外表，引起二次電任務(wù)原理：利用電子射線轟擊樣品外表，引起二次電子等信號(hào)的發(fā)射，經(jīng)檢測(cè)安裝接納后成像的一類電鏡。子等信號(hào)的發(fā)射，經(jīng)檢測(cè)安裝接納后成像的一類電鏡。主要優(yōu)點(diǎn)：景深長(zhǎng)，所獲得的圖像立體感強(qiáng)，可用來主要優(yōu)點(diǎn)：景深長(zhǎng)，所獲得的圖像立體感強(qiáng)，可用來察看生物樣品的各種形貌特征。察看生物樣品的各種形貌特征。一些電鏡圖片染色體 染色體 被精子包圍的卵子骨髓細(xì)胞 SARS AIDS人類紅細(xì)胞人類紅細(xì)胞酵母酵母人類精子人

11、類精子 根據(jù)性能不同主要分為：根據(jù)性能不同主要分為：1普通普通SEM。目前普通掃描電鏡采用熱發(fā)射電子槍，。目前普通掃描電鏡采用熱發(fā)射電子槍，分辨率為分辨率為6nm左右，假設(shè)采用六硼化鑭電子槍，分辨率可提高左右，假設(shè)采用六硼化鑭電子槍，分辨率可提高到到45nm。2場(chǎng)發(fā)射電子槍場(chǎng)發(fā)射電子槍SEM。由于場(chǎng)發(fā)射電子槍具有亮度高。由于場(chǎng)發(fā)射電子槍具有亮度高、能量分散少，陰極源尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，這種電鏡的分辨率已、能量分散少，陰極源尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，這種電鏡的分辨率已到達(dá)到達(dá)3nm。場(chǎng)發(fā)射電子槍。場(chǎng)發(fā)射電子槍SEM的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以在低加速的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以在低加速電壓下進(jìn)展高分辨率察看，因此可以直接察看絕緣體而

12、不發(fā)電壓下進(jìn)展高分辨率察看，因此可以直接察看絕緣體而不發(fā)生充、放電景象。生充、放電景象。3生物用生物用SEM。這種。這種SEM備有冰凍冷熱樣品臺(tái)，可把備有冰凍冷熱樣品臺(tái)，可把含水生物樣品迅速冷凍并對(duì)冰凍樣品進(jìn)展察看，可以減少化含水生物樣品迅速冷凍并對(duì)冰凍樣品進(jìn)展察看，可以減少化學(xué)處置引起的人為變化，使察看樣品更接近于自然形狀。如學(xué)處置引起的人為變化，使察看樣品更接近于自然形狀。如要察看內(nèi)部構(gòu)造，還可用冷刀把樣品進(jìn)展切開，加溫使冰升要察看內(nèi)部構(gòu)造，還可用冷刀把樣品進(jìn)展切開，加溫使冰升華，并在其上噴鍍一層金屬再進(jìn)展察看，一切這些過程都在華，并在其上噴鍍一層金屬再進(jìn)展察看，一切這些過程都在SEM中不

13、破壞真空的形狀下進(jìn)展。中不破壞真空的形狀下進(jìn)展。3 3電子探針電子探針電子探針主要用于探測(cè)微小區(qū)域的元素成分。電子探針主要用于探測(cè)微小區(qū)域的元素成分。其原義僅是一個(gè)物理學(xué)名詞，意指聚焦了的電子其原義僅是一個(gè)物理學(xué)名詞，意指聚焦了的電子束。當(dāng)電子束照射樣品外表時(shí)，可激發(fā)束。當(dāng)電子束照射樣品外表時(shí)，可激發(fā)X X射線，射線，X X射線光量子的能量及波長(zhǎng)與元素的原子序數(shù)有關(guān)射線光量子的能量及波長(zhǎng)與元素的原子序數(shù)有關(guān)，稱為特征，稱為特征X X射線。采用晶體分光光譜法測(cè)定射線。采用晶體分光光譜法測(cè)定X X射射線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度來分析樣品成分的儀器，稱為線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度來分析樣品成分的儀器，稱為X X射射線分光光

14、譜儀或電子探針；用鋰漂移硅探頭測(cè)定線分光光譜儀或電子探針；用鋰漂移硅探頭測(cè)定X X射線能量和強(qiáng)度的儀器稱為射線能量和強(qiáng)度的儀器稱為X X射線能譜儀。射線能譜儀。掃描隧道顯微鏡及原理掃描隧道顯微鏡及原理掃描隧道顯微鏡圖片硅外表硅外表 納米算盤納米算盤由單個(gè)原子構(gòu)成由單個(gè)原子構(gòu)成 的的“IBM4 4分析電鏡分析電鏡分析電鏡是利用電子射線轟擊樣品所產(chǎn)生的分析電鏡是利用電子射線轟擊樣品所產(chǎn)生的X X射線或俄歇電射線或俄歇電子對(duì)樣品元素進(jìn)展分析的一類電鏡。其特點(diǎn)是能在察看超微構(gòu)子對(duì)樣品元素進(jìn)展分析的一類電鏡。其特點(diǎn)是能在察看超微構(gòu)造的同時(shí)，對(duì)樣品中一個(gè)極微小的區(qū)域進(jìn)展化學(xué)分析，從而在造的同時(shí)，對(duì)樣品中一

15、個(gè)極微小的區(qū)域進(jìn)展化學(xué)分析，從而在超微構(gòu)造程度上測(cè)定各種細(xì)胞構(gòu)造的化學(xué)成分及其變化規(guī)律。超微構(gòu)造程度上測(cè)定各種細(xì)胞構(gòu)造的化學(xué)成分及其變化規(guī)律。1 1分析分析TEMTEM。在。在TEMTEM上配備上配備X X射線能譜儀后即成為分析射線能譜儀后即成為分析TEMTEM，目前很多，目前很多100KV100KV和和200KV TEM200KV TEM都可以裝上都可以裝上X X射線檢測(cè)附件，進(jìn)展射線檢測(cè)附件，進(jìn)展樣品的元素分析。樣品的元素分析。2 2分析分析SEMSEM。在。在SEMSEM上配備上配備X X射線能譜儀后，便可兼有電射線能譜儀后，便可兼有電子探針分析樣品化學(xué)成分的功能。子探針分析樣品化學(xué)成分

16、的功能。3 3掃描俄歇電鏡。把掃描俄歇電鏡。把SEMSEM與俄歇電子能量分析儀相結(jié)合與俄歇電子能量分析儀相結(jié)合，即成為掃描俄歇電鏡，它能對(duì)樣品外表進(jìn)展微區(qū)元素分析，即成為掃描俄歇電鏡，它能對(duì)樣品外表進(jìn)展微區(qū)元素分析，是一種外表微觀分析電鏡。是一種外表微觀分析電鏡。5 5掃描透射電鏡掃描透射電鏡SEMSEM中電子射線作用于樣品后，其中一部分電子中電子射線作用于樣品后，其中一部分電子可透過樣品成為透射電子，將透過樣品的透射電子可透過樣品成為透射電子，將透過樣品的透射電子和散射電子用檢測(cè)器接納成像，即成為掃描透射電和散射電子用檢測(cè)器接納成像，即成為掃描透射電鏡。這種電鏡普通用場(chǎng)發(fā)射電子槍，兼有鏡。這

17、種電鏡普通用場(chǎng)發(fā)射電子槍，兼有TEMTEM、SEMSEM和分析電鏡的特點(diǎn)，能察看較厚的樣品，分辨身手和分析電鏡的特點(diǎn)，能察看較厚的樣品，分辨身手和成像質(zhì)量都很好，是近年來電鏡技術(shù)的最大改良和成像質(zhì)量都很好，是近年來電鏡技術(shù)的最大改良之一。之一。二、電子顯微術(shù)二、電子顯微術(shù)電鏡具有很高的分辨身手，能察看極微電鏡具有很高的分辨身手，能察看極微小的構(gòu)造。但是電鏡不能直接察看天然形小的構(gòu)造。但是電鏡不能直接察看天然形狀下的生物標(biāo)本，必需經(jīng)過各種技術(shù)將生狀下的生物標(biāo)本，必需經(jīng)過各種技術(shù)將生物標(biāo)本制成特殊的電鏡生物樣品，才干放物標(biāo)本制成特殊的電鏡生物樣品，才干放入電鏡進(jìn)展察看，這些電鏡樣品制備技術(shù)入電鏡進(jìn)

18、展察看，這些電鏡樣品制備技術(shù)稱為電子顯微術(shù)。稱為電子顯微術(shù)。電子顯微術(shù)：將生物標(biāo)本制成特殊的電電子顯微術(shù)：將生物標(biāo)本制成特殊的電鏡察看用生物樣品的制備技術(shù)。鏡察看用生物樣品的制備技術(shù)。1 1與與TEMTEM有關(guān)的電子顯微術(shù)有關(guān)的電子顯微術(shù)1 1超薄切片技術(shù)。超薄切片技術(shù)。 超薄切片技術(shù)就是經(jīng)過固定、脫水、包埋、切片和染超薄切片技術(shù)就是經(jīng)過固定、脫水、包埋、切片和染色等步驟，將生物標(biāo)本切成薄于色等步驟，將生物標(biāo)本切成薄于0.1m0.1m的超薄切片的樣品的超薄切片的樣品制備技術(shù)，用于生物組織的內(nèi)部超微構(gòu)造研討。制備技術(shù)，用于生物組織的內(nèi)部超微構(gòu)造研討。玻璃刀制造儀玻璃刀制造儀超薄切片機(jī)部分超薄切片

19、機(jī)部分2 2負(fù)染色技術(shù)。負(fù)染色技術(shù)。利用電子密度比標(biāo)本高的重金屬鹽如磷鎢酸鈉、醋酸利用電子密度比標(biāo)本高的重金屬鹽如磷鎢酸鈉、醋酸鈾等將生物標(biāo)本包圍起來，加強(qiáng)背景散射電子的才干以鈾等將生物標(biāo)本包圍起來，加強(qiáng)背景散射電子的才干以提高反差，在黑暗的背景下顯示標(biāo)本的形狀構(gòu)造，稱負(fù)染提高反差，在黑暗的背景下顯示標(biāo)本的形狀構(gòu)造，稱負(fù)染色技術(shù)。這一技術(shù)操作簡(jiǎn)便，主要用于顆粒狀標(biāo)本如細(xì)色技術(shù)。這一技術(shù)操作簡(jiǎn)便，主要用于顆粒狀標(biāo)本如細(xì)菌、病毒、分別細(xì)胞器等的研討。菌、病毒、分別細(xì)胞器等的研討。3 3冷凍蝕刻技術(shù)。冷凍蝕刻技術(shù)。在快速冷凍下對(duì)生物樣品進(jìn)展斷裂、蝕刻和復(fù)型，制備在快速冷凍下對(duì)生物樣品進(jìn)展斷裂、蝕刻和

20、復(fù)型，制備生物樣品復(fù)型膜的技術(shù)稱冷凍蝕刻技術(shù)。在電鏡下察看復(fù)生物樣品復(fù)型膜的技術(shù)稱冷凍蝕刻技術(shù)。在電鏡下察看復(fù)型膜可獲得立體感強(qiáng)的超微構(gòu)造圖像，主要用于生物膜構(gòu)型膜可獲得立體感強(qiáng)的超微構(gòu)造圖像，主要用于生物膜構(gòu)造的研討。造的研討。4 4電鏡細(xì)胞化學(xué)技術(shù)。電鏡細(xì)胞化學(xué)技術(shù)。在超微構(gòu)造程度上，經(jīng)過電鏡細(xì)胞化學(xué)反響來研討細(xì)胞成在超微構(gòu)造程度上，經(jīng)過電鏡細(xì)胞化學(xué)反響來研討細(xì)胞成分的分布和變化的方法稱電鏡細(xì)胞化學(xué)技術(shù)。這一技術(shù)把細(xì)胞分的分布和變化的方法稱電鏡細(xì)胞化學(xué)技術(shù)。這一技術(shù)把細(xì)胞超微構(gòu)造與其化學(xué)組成有機(jī)地結(jié)合起來，目前主要用于研討細(xì)超微構(gòu)造與其化學(xué)組成有機(jī)地結(jié)合起來，目前主要用于研討細(xì)胞內(nèi)各種大分

21、子物質(zhì)和酶的定位等。胞內(nèi)各種大分子物質(zhì)和酶的定位等。5 5免疫電鏡技術(shù)。免疫電鏡技術(shù)。這是一種使抗原在超微構(gòu)造程度上定位的技術(shù)，運(yùn)用與抗這是一種使抗原在超微構(gòu)造程度上定位的技術(shù)，運(yùn)用與抗原相應(yīng)的標(biāo)志抗體，在電鏡下察看標(biāo)志物的位置，從而定位相原相應(yīng)的標(biāo)志抗體，在電鏡下察看標(biāo)志物的位置，從而定位相應(yīng)抗原。這一技術(shù)具有靈敏度高、特異性強(qiáng)的特點(diǎn)。應(yīng)抗原。這一技術(shù)具有靈敏度高、特異性強(qiáng)的特點(diǎn)。6 6電鏡放射自顯影技術(shù)。電鏡放射自顯影技術(shù)。這是電鏡技術(shù)與放射自顯影技術(shù)相結(jié)合，察看放射性物質(zhì)這是電鏡技術(shù)與放射自顯影技術(shù)相結(jié)合，察看放射性物質(zhì)在超微構(gòu)造程度上的定位和變化，從而了解細(xì)胞的各種代謝活在超微構(gòu)造程度上的定位和變化，從而了解細(xì)胞的各種代謝活動(dòng)。這一技術(shù)使構(gòu)造與功能的研討結(jié)合起來，是一種動(dòng)態(tài)的研動(dòng)。這一技術(shù)使構(gòu)造與功能的研討結(jié)合起來，是一種動(dòng)態(tài)的研討方法。討方法。2 2與與SEMSEM有關(guān)的電子顯微術(shù)有關(guān)的電子顯微術(shù)1 1SEMSEM常規(guī)制樣技術(shù)。常規(guī)制樣技術(shù)。SEMSEM適宜于研討生物樣品的外適宜于研討生物樣品的外表特征，樣品制備包括樣品察看面的暴露、固定、