透射电镜的原理与教学课件

1、电子显微镜的原理与演示 演示实验1电子显微镜的原理与演示 演示实验1分辨力(resolution)：指显微镜能将近邻的两个质点分辨清楚的能力, 通常是用相邻两点间的距离(D)来表示。一、电子显微镜出现的必然性光源的波长镜口率(N.A.)1. 分辨力2分辨力(resolution)：指显微镜能将近邻的两个质点分可见光波长为400700nm (平均550nm) 取决于镜口角和物镜与标本间介质的折射率 波长：镜口率(N.A.)的大小：镜口角物镜与标本之间介质的折射率空气的折射率为1水为1.33香柏油为1.515-溴萘为1.66 3可见光波长为400700nm (平均550nm) 取决于镜紫外光显微镜

2、：0.1 m光镜分辨力的最小数值：0.2 m一般光镜设计的最大放大倍数为1,0001,500光学分辨率的极限！有效放大：指本来用肉眼看不清楚的物体经显微镜放大成像后可以分辨清楚的放大指本来用肉眼能看清楚的物体经放大镜、幻灯机或投影仪等放大成像后可以分辨得更清楚的放大。 无效放大：4紫外光显微镜：0.1 m光镜分辨力的最小数值：0.2 各种光与电子束的波长比较名 称波长(nm)可见光760390紫外光39013X-射线130.05-射线10.005电子束 100V0.123 10,000V0.0122 100,000V0.00387电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比： 1V5各种光与电子

3、束的波长比较名 称波长(nm)电子束的电子显微镜与光学显微镜的异同点 1,000,0001,000放大倍数0.1nm0.20.1m分 辨 力电聚焦机械聚焦聚焦方式电磁透镜光学透镜透 镜真 空空 气介 质短：0.0030.008长：200750波长(nm)电子束光 束照 射 光电子显微镜光学显微镜2. 电镜与光镜的对比 6电子显微镜与光学显微镜的异同点 1,000,0001,000电子显微镜与光学显微镜结构的对比图解 7电子显微镜与光学显微镜结构的对比图解 7二、电镜的分类根据电子束和样品之间作用方式的不同，可将电镜分为4大类: 1) 物体透射电子2) 物体发射电子3) 物体反射电子4) 物体吸

4、收电子透射电镜扫描电镜观察和分析样品的内部结构观察和分析样品的表面立体形貌8二、电镜的分类根据电子束和样品之间作用方式的不同，可将电镜分三、透射式电子显微镜 真空系统供电及保护系统电子照明系统成象系统观察记录系统 1、透射电镜的结构 9三、透射式电子显微镜 真空系统1、透射电镜的结构 9电子照明系统成象系统观察记录系统真空系统供电及保护系统透镜系统或电子光学系统 透射电镜的结构10电子照明系统成象系统观察记录系统真空系统供电及透镜系统或透射一般电镜超高压电镜真空系统抽真空的意义：防止灯丝的氧化损伤； 确保电子束在运行过程中的运动轨迹不受空气分子干扰； 去除空气分子对样品的污染。 1.310-1

5、2Pa离子泵真空涡流泵机械泵：油扩散泵： 冷阱：真空管道、阀门、储气罐等1 Pa 1.310-510-6Pa;1.310-6Pa 1.310-7 10-9Pa1.310-9Pa 1.310-10Pa真空系统的组成部件：真空系统11一般电镜超高压电镜真空系统抽真空的意义：防止灯丝的氧化损伤；供电及保护系统的组成部件及其作用：供电及保护系统高电压低电流的高压电源：产生高速电子低电压高电流的透镜电源：控制高速电子束的运动轨迹一般电镜均拥有两个电源：一旦电镜的某一部分发生故障, 电镜的保护系统会让其自动紧急关机和断电, 以免损伤电镜！稳压和稳流装置：保证电压和电流的高度稳定 保护与控制系统：12供电及

6、保护系统的组成部件及其作用：供电及保护系统高电压低电流电子照明系统的组成部件及其作用：电子照明系统电子枪：产生高压电子束两级聚光镜：会聚高压电子束，以得到极细而均匀的电子束流第一聚光镜：将电子束的直径缩小2060倍第二聚光镜：将电子束的直径扩大12倍第二聚光镜放大第一聚光镜缩小高压(V)高 压电子束灯丝栅板阳极电子枪13电子照明系统的组成部件及其作用：电子照明系统电子枪：产生高压成象系统的组成部件及其作用：成象系统样品室成像与放大装置冷阱样品放置室液氮罐金属导杆放大50倍放大3倍放大15倍放大200倍500,000倍物镜中间镜I中间镜II投影镜吸附样品室中的少量空气分子以提高真空度降低温度可防

7、止电子的热漂移铜网样品14成象系统的组成部件及其作用：成象系统样品室成像与放大装置冷阱观察记录系统的组成部件及其作用：观察记录系统注意：电镜照相与普通照相不同，图像的反衬度最低时才是正聚焦；且底片还必须要经过预干燥处理观察室放大镜照相装置透过样品的电子打到荧光屏上可显示出反映样品真实结构的图像保护眼睛荧光屏铅玻璃窗用于放大投到荧光屏上的图像电子形成的荧光图像衰减速度很快，一旦观察到理想的结构图像就需要尽快照相15观察记录系统的组成部件及其作用：观察记录系统注意：电镜照相与2、透射电镜的成像原理 获得高分辨率的图像：数百万倍使用电子枪发射出了波长极短的电子波利用电磁透镜可对电子束进行聚焦、放大和

8、成像高速电子束 透射样品162、透射电镜的成像原理 获得高分辨率的图像：数百万倍使用电子电能转变成光能图像各处浓淡的不同真实反映了样品不同部位的物质结构高压电子枪高速电子束电磁透镜样品电子束发生投射荧光屏浓淡不同的图像成像原理：17电能转变成光能图像各处浓淡的不同真实反映了样品不同部位的物质透射电镜照片演示微管蛋白的免疫荧光照片18透射电镜照片演示微管蛋白的免疫荧光照片18一个植物细胞的透射电镜照片图像各处浓淡的不同真实反映了样品中不同部位的物质结构 透射电镜照片演示19一个植物细胞的透射电镜照片图像各处浓淡的不同真实反映了样品中糙面内质网的透射电镜照片透射电镜照片演示20糙面内质网的透射电镜

9、照片透射电镜照片演示20多核糖体的透射电镜照片透射电镜照片演示21多核糖体的透射电镜照片透射电镜照片演示21玉米分散高尔基体的透射电镜照片透射电镜照片演示22玉米分散高尔基体的透射电镜照片透射电镜照片演示22线粒体的透射电镜照片叶绿体的透射电镜照片透射电镜照片演示23线粒体的透射电镜照片叶绿体的透射电镜照片透射电镜照片演示23细胞核的透射电镜照片有丝分裂器的透射电镜照片凋亡细胞正在杀肿瘤细胞的T细胞透射电镜照片演示24细胞核的透射电镜照片有丝分裂器的透射电镜照片凋亡细胞正在杀肿-辅肌动蛋白热休克蛋白Hsp60笼形蛋白透射电镜照片演示25-辅肌动蛋白热休克蛋白Hsp60笼形蛋白透射电镜照片演示2

10、金的原子布阵的透射电镜照片透射电镜照片演示26金的原子布阵的透射电镜照片透射电镜照片演示26T4噬菌体负染色的透射电镜照片图像各处浓淡的不同与样品中不同部位的物质结构相反 透射电镜照片演示27T4噬菌体负染色的透射电镜照片图像各处浓淡的不同与样品中不同螺原体28螺原体28驱动蛋白核纤层蛋白纤毛动力蛋白胞质动力蛋白29驱动蛋白核纤层蛋白纤毛动力蛋白胞质动力蛋白29在透射电镜中，被观察粒子的大小一定要大于电子束的波长才能被分辨出来；否则，电子束就会发生绕射，无法看到粒子 ！30在透射电镜中，被观察粒子的大小一定要大于电子束的波长才能被分扫描电镜透射电镜 光 镜 肉眼玻璃透镜(目镜)投影镜玻璃透镜(

11、物镜)样品玻璃透镜(聚光镜)光源 (卤灯或汞灯) 高压电子枪样品电磁透镜束偏转器图像投到视屏上荧光屏光镜、透射电镜及扫描电镜的成像光路图解 31扫描电镜透射电镜 光 镜 肉眼玻璃透镜投影镜玻璃透镜样品玻璃四、扫描电镜的结构与成像原理 1. 扫描电镜的基本结构电子光学系统电子枪电磁透镜扫描线圈样品室信号的收集处理及显示系统真空系统供电保护系统等扫描电镜32四、扫描电镜的结构与成像原理 1. 扫描电镜的基本结构电子光电子枪电磁透镜扫描线圈样品室信号的收集处理系统真空系统供电保护系统显示系统(显象管)(110KV)33电子枪电磁透镜扫描线圈样品室信号的收集处理系统真空系统供电显电子枪灯丝电磁透镜探测

12、器电磁透镜扫描线圈的束偏转器样品托样品显象管电子光学系统扫描电镜的结构简图34电子枪灯丝电磁探测器电磁扫描线圈的样品托样品显象管电子光学系2. 扫描电镜的成像原理电子枪接 受、转变成光子放 大、转换成电压信号电子束电磁透镜样品表面扫描线圈次级电子信号探测器光电倍增管显象管/荧光屏样品表面上相应点所发出的次级电子数荧光点的亮度352. 扫描电镜的成像原理电子枪接 受、放 大、电子束电磁电子枪灯丝电磁透镜探测器电磁透镜扫描线圈的束偏转器样品托样品显象管次级电子扫描电镜成像原理的简单图示36电子枪灯丝电磁探测器电磁扫描线圈的样品托样品显象管次级电子扫(1) 扫描电镜所用样品的制备方法简便(固定、干燥

13、和喷金)，不需经过超薄切片；(2) 扫描电镜采用的是次级电子成像；(3) 扫描电镜所观察到图像景深长，图像富有立体感；(4) 图像的放大倍率在很大范围内连续可变(101105)；(5) 样品的辐射损伤及污染程度小等。扫描电镜在结构和工作原理上的特点：37(1) 扫描电镜所用样品的制备方法简便(固定、干燥和喷金)，(1) 分辨率还不够高(110nm)；(2) 只能显示样品的表面形貌，无法显示内部详细结构。可观察到样品的内部结构；可观察到富有立体感的图像；提高了分辨率。 扫描电镜的局限性：冰冻蚀刻技术(freeze etching)：利用“复膜(replica)”在透射电镜下观察：38(1) 分辨

14、率还不够高(110nm)；可观察到样品的内部结扫描电镜照片演示39扫描电镜照片演示39人耳听毛细胞的扫描电镜照片扫描电镜照片演示40人耳听毛细胞的扫描电镜照片扫描电镜照片演示40人RBC的扫描电镜照片有被小泡的扫描电镜照片转化细胞扫描电镜照片演示41人RBC的扫描电镜照片有被小泡的扫描电镜照片转化细胞扫描电镜细胞褶皱的扫描电镜照片分裂沟的扫描电镜照片扫描电镜照片演示42细胞褶皱的扫描电镜照片分裂沟的扫描电镜照片扫描电镜照片演示4冰冻蚀刻技术冰冻断裂技术也是研究细胞内部各种细胞器结构 的有用手段。(freeze-etching techniques)亦称冰冻断裂(freeze-fracture)

15、，是研究生物膜内部结构的一种有用的技术，关于膜结构的许多资料即是利用这种方法取得的。43冰冻蚀刻技术冰冻断裂技术也是研究细胞内部各种细胞器结构 将标本于-100干冰中或-196液氮中，超低温冰冻。 然后用冰刀骤然将标本冲断开，升温后冰在真空条件下迅即升华，暴露出了断裂面结构蚀刻(etching)。蚀刻断裂(2) 冰冻蚀刻技术的操作步骤:44将标本于-100干冰中或-196液氮中，超低温冰冻。 蚀刻后，再向断裂上喷涂一层蒸汽碳和铂。然后将组织溶掉，把碳和铂的膜剥下，此膜即为复膜(replica)。复膜 复膜显示出了标本蚀刻面的形态，可置于透射电镜下观察。电镜下的影像即代表标本中细胞断裂面处的结构。45 蚀刻后，再向断裂上喷涂一层蒸汽碳和铂。然后将组织溶掉细胞质膜的冰冻蚀刻电镜照片冰冻蚀刻电镜照片演示46细胞质膜的冰冻蚀刻电镜照片冰冻蚀刻电镜照片演示46核膜紧密连结的冰冻蚀刻电镜照片微绒毛的冰冻蚀刻电镜照片连结子基膜冰冻蚀刻电镜照片演示47核膜紧密连结的冰冻蚀刻电镜照片微绒毛的冰冻蚀刻电镜