第一讲电镜技术

电镜技术与细胞超微结构基础

重庆医科大学生命科学研究院罗子国前言电子显微镜（ElectronMicroscope,EM)简称电镜，它是用电子束代替可见光的显微装置，一种高放大、高分辨的大型精密仪器。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。第一讲电镜基本原理及在医

学中的应用一、细胞学理论的发展史（显微镜的发展史）人眼分辨率:0.2mm17世纪中叶Hooke（1665）发明L.M:0.2um19世纪中叶1861细胞学说建立1932年Ruska和Knoll发明了E.M,X121935年E.M基本定型1939年第一台商品电镜(德国西门子公司）分辨率优于10nm二、电镜基本工作原理电子显微镜与光学显微镜不同之处在于用电子束光源代替了可见光光源,通常使用热电子发射的方法产生电子束,电子束具有以下基本特性:（1）.电子束由电子组成，快速运动的电子在真空中呈直线前进，并具有波动性，其波长与加速电压有关。（2).电子束在电场或磁场中，会受到电力或磁力的作用。（3）.电子束能穿过极薄的样品，并产生二次电子，背散射电子，特征X射线等。因此基于这些特性设计出的电子显微镜结构非常复杂。

(一）分辨率、反差与形态研究的关系

光学显微镜的分辨率比较低，只能观察到大于0.25um的结构，主要受透镜的像差和光波的衍射影响,要观察细胞内和细胞间许多结构则无能为力。什么是分辨率呢？1、分辨率（Resolution）

又称分辩本领（Resolvingpower），是将邻近两点清晰区分、辩认的能力，用能被辨认的邻近两点的距离表示。肉眼：在明视距离（25cm）时，为0.25mm；

LM：可见光的平均波长为500nm，r=λ/2，LM的极限分辨率为0.25um;EM：电子波波长短,且波长随加速电压的增高而更短，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.(注)：①由于电镜存在各种像差（包括球差、像散等）,限制了分辨率,不能真正达到其波长的一半;②分辨率还受到许多因素的影响,如切片的厚度等，超薄切片较薄时,分辨率可达1～2.5nm,切片较厚时,实际分辨率为5～10nm.2、反差：被观察物与其背景在亮度（黑白对比度）上有所不同，这种差别称为反差；透射电镜的反差主要由样品对电子的散射产生。3、空放大不能提供更为清晰的图像放大，称为无效放大。4、不同分辨率的形态研究（二）、亚微结构与超微结构的概念及关系亚显微结构（submicroscopicstructure）：介于细胞水平和大分子水平之间的结构；简称为“亚微结构”或“亚细胞结构（subcellullarstructure）”，也称“细微结构（finestructure）”超微结构（ultrastructure）：严格的讲，是指分子水平的结构，目前一般书刊对亚显微结构和超微结构无严格的界限，往往将普通光镜分辩界限以下的结构笼统称为超微结构。（三）、电镜工作原理（与光镜的比较）1、电镜与光镜光路图的比较 电子显微镜 光学显微镜 照射 电子束 光束 波长 0.859nm(20kV) 500nm(可见光) 0.37nm(100kV) 200nm(紫外光)介质 真空 空气 透镜 电磁透镜 玻璃透镜 聚焦电聚焦 机械 反差 散射吸收、衍射、相位 吸收、反射 显像方式 荧光屏直接观察

2、电镜的分类（1）透射式电子显微镜（TransmissonEM）（2）扫描电子显微镜（ScanningEM）（3）分析电子显微镜（AnalyticalEM）（1）、透射式电子显微镜I、TEM的基本结构照明系统（真空系统）——样品室——成像系统——观察记录系统II、透射电镜的成像原理III、透射电镜的用途（2）扫描电子显微镜I、SEM的基本结构照明系统（真空系统）——扫描系统——检测器II、SEM的成像原理III、SEM的用途

（3）、分析电子显微镜分析电子显微镜是透射电镜或扫描电镜与X射线显微分析仪相组合的一部信息综合分析仪。X射线显微分析仪是通过测量X射线信号的能量和强度分布对样品进行化学成分分析的仪器。它具有分辨率高、使用方便、分析结果准确等特点。

I、波谱仪（wavelength-dispersivespectrometer，WDS）II、能谱仪（energy-dispersivespectrometer，EDS）三、电镜在医学中的应用

电子显微镜的问世为人们探索微观世界的奥秘开