三维电子显微镜/电子显微镜

什么是电子显微镜？

EM

电子显微镜 (EM) 是一种成像仪器，它使用电子而不是传统光学显微镜中使用的光来观察样品。一般来说，电子显微镜的工作原理是将电子束照射到切片非常薄或稀释的样品上。电子会反弹或穿过样品，并根据所使用的显微镜类型收集图像。

电子显微镜的分辨率能力远大于光学显微镜，通常可以获得 100,000 倍的放大倍数，比传统光学显微镜大 50,000 倍。分辨率差异可以归因于显微镜的能量源以及比人眼灵敏度高得多的仪器的检测方法。光学显微镜能够分辨大约 200 纳米的尺寸。电子显微镜能够分辨约 2 埃。据报道，电子显微镜的分辨率已达到 0.5 埃。

电子显微镜与传统光学显微镜

传统光学显微镜和电子显微镜的工作原理相似。两种显微镜都包含能量源、聚光镜、样品架、物镜和投影镜。在这两种情况下，能量都指向样品，并产生图像。每种显微镜的主要区别在于能量源。在电子显微镜中，电子从电子枪发射出来，而在光学显微镜中，能量是由灯泡产生的。两种显微镜之间的另一个重要区别是透镜的组成。光学显微镜的透镜由玻璃制成，通常呈球形。相比之下，电子显微镜的透镜是电磁的和静电的。电磁透镜主要由缠绕的铜线组成。在光学显微镜中，光从光源发出，被分裂，然后重新聚焦，以便人眼观看。在电子显微镜中，电子穿过样品或从样品上反弹，最终成像在胶片、荧光屏上或被电子探测器收集。

电子显微镜的一个独特之处在于样品架和样品室的环境条件。样品网格（悬浮在玻璃化冰中或负染色）放置在电子显微镜架上。然后将架子插入封闭的样品室，在那里它可以旋转不同的角度，以便在特定用户选择的角度下成像。显微镜室的环境保持真空状态，以促进电子束的定向运动。

显微镜类型

有多种显微镜技术使用电子显微镜。各种电子显微镜技术包括扫描电子显微镜 (SEM)、透射电子显微镜 (TEM)、反射电子显微镜 (REM) 和扫描透射显微镜 (STEM)。最常用的技术是 SEM 和 TEM。

透射电子显微镜的工作原理是将电子束照射到样品上。TEM 要求样品非常薄，能够承受高能电子，因为电子会穿过样品。当电子束与样品相互作用时，就会形成图像。实质上，在电子与样品相互作用的地方形成的图像“阴影”被投影到探测器上。

使用 TEM 成像的枯草芽孢杆菌

在 SEM 中，电子束扫描样品表面，并检测从表面发射的电子或 X 射线。产生的信号用于推导出有关样品表面形貌的信息。可以使用各种类型的能量，但最常见的是由电子束与样品之间的初始相互作用激发的二次电子。SEM 详细描述了样品的表面，而 TEM 详细描述了整个样品。

由 SEM 成像的花粉

历史

第一台电子显微镜模型由恩斯特·鲁斯卡和马克斯·克诺尔于 1931 年制造。该初始模型只能放大 400 倍。两年后，研制出一种能够比传统显微镜放大倍数更高的电子显微镜。1938 年，马克斯·克诺尔制造了第一台扫描电子显微镜，该显微镜由曼弗雷德·冯·阿登纳改进，以获得更好的分辨率。

当前应用

电子显微镜目前应用于许多领域，例如快速医疗诊断、制药纳米系统和组件的失效模式分析，但最常用于分子成像。这些技术最近被用于双链 DNA 成像。