扫描隧道显微技术(STM)

原子力显微技术(AFM)

激光扫描共焦显微技术
通过微悬臂上的针尖在样 品表面扫描，使针尖与凹 凸不平的样品表面的顶端 原子相互摩擦产生原子力。 在扫描过程中，微悬臂的 上下起伏与等位面的样品 形貌相互对应，所以可通 过针尖与微悬臂之间的隧 道电流变化，得到样品表 面形貌信息。 其分辨率可与透射电镜相 比拟。 AFM不但能通过探测原子 间作用力观察绝缘体，还 可在生物环境中直接观察 生物样品表面结构。
第二章 电子显微镜应用简介
电子显微镜通常分为透射电子显微镜和扫描电子显微镜两种 类型。利用电子显微镜可对样品内部结构及样品表面形貌进行超 微结构的观察与研究。

透射电子显微镜：简称透射电镜（TEM)，是一种现代综合性大型分析仪 器，在现代科学技术的研究、开发工作中被广泛地使用。它是一种电子
束透过样品而直接成像的电镜。使用短波长的入射电子束与样品作用后
三、电子显微镜的发展
分辨率进一步提高，点分辨率优于0.3nm，晶格分辨率0.1-0.2nm 放大倍数从十几倍提高到几十万甚至百万倍 种类不断增加，功能不断扩展。（TEM、SEM、STEM、分析电子显微镜、 高压透射电子显微镜、低温透射电子显微镜等） 计算机技术开始用于电子显微镜
第二节 电子显微镜技术的发展与应用

透射电子显微镜

扫描电子显微镜
表1-1 显微镜发展简史 年代 制造者
荷兰眼镜制造商Janssen 英国科学家和发明家罗伯特.胡克 荷兰业余科学家列文.虎克
显微镜
发明了放大20-30倍的复式光学显微镜
自制复式显微镜。观察软木薄片，第一 次描述植物细胞结构
利用小型高倍透镜制成简单显微镜，放大倍数 达 300 倍，观察动植物活细胞与原生动物，第 一次看到许多单细胞生物。
中国科学院长春光学精密机械与物理 研制成功第一台透射电子显微镜 研究所 研制成功第一台扫描电子显微镜 中国科学院北京科学仪器厂
瑞 士 科 学 家 Binnig 、 Rohrer 、 发明扫描隧道显微镜 Gerber和Weible
中国科学院白春礼
主持研制成功首台原子力显微镜
电子显微镜之父 E.Ruska
测试中心电镜设备介绍
仪器名称：透射电子显微镜
生产厂家：荷兰Philips公司 仪器型号：CM100 主要附件： Gatan 794 性能指标： 点分辨率： 0.34nm CCD
最高加速电压： 100KV 最大放大倍数：45万倍
超高压透射电镜 JEM-ARM1250 分辨率 0.1nm
电镜两大应用领域：
一、材料科学: 高分辨率、高性能、成份和结构分析
（物理、化学、化工、冶金、材料、半导体、地质、矿产、 石油、纺织、轻工、考古、航天、外贸……）
二、生命科学: 中等分辨率、保真性、生化物质定、
水产、环保、食品……）
各种生物体的大小尺度
显微镜可观察到组织水平 分辨率局限于200nm
分辨率：
1.0nm
最高加速电压： 30KV 放大倍数： 20x - 800,000 x
测试中心电镜设备介绍
仪器名称：场发射枪透射电子显微镜 制造厂家：美国ＦＥＩ公司
仪器型号： Tecnai F30 S-TWIN 分 辨 率: 点分辨率 0.20 nm
线分辨率 0.10 nm 信息分辨率0.14nm
激光共聚焦显微镜观察活细胞内生化物质荧光定位
更小的亚细胞结构和病毒等微生物必须用电镜观察！
透射电镜观察研究的各种细胞器
内质网（Porter, Claude, Fullan, 1945） 叶绿体（Porter, Granick, 1947） 高尔基体（Dalton, Felix Sjostrand, 1950）
实用电子显微镜技术
测试中心 陈义芳
第一章 绪论 电子显微镜技术发展简史
第一节 电子显微镜发展简史 第二节 电子显微镜技术的发展与应用 第三节 其他显微技术的发展
第一节 电子显微镜发展简史
电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透 镜代替光束和光学透镜，使物质的超微结构在非常高的放 大倍数下成像的仪器。 电子显微镜
测试中心电镜设备介绍
仪器名称：透射电子显微镜
生产厂家：荷兰Philips公司 仪器型号：Tecnai 12 主要附件： Gatan 792 性能指标： 点分辨率： 线分辨率： 0.24nm 0.14nm CCD
最高加速电压： 120KV 最大放大倍数：65万倍
测试中心电镜设备介绍
仪器名称：场发射扫描电子显微镜 生产厂家：日本 Hitachi 仪器型号： S-4800 主要附件： EDX 背散射电子检测器
表面立体构像。

扫描电镜一种新型的电子光学仪器。它具有制样简单、放大倍数 可调范围宽、图像的分辨率高、景深大等特点。数十年来，扫描
电镜已广泛地应用在生物学、医学、冶金学等学科的领域中，促
进了各有关学科的发展。

扫描电镜可对样品进行综合分析，已成为重要分析工具，广泛应
用于现代科学领域及工农业生产部门。可检查粮食、羊毛纤维、
HR STEM分辨率0.17nm
EDX分辨率136eV 附 件： EAGLE CCD相机 Gatan 626 冷冻传输杆。
三维重构
本电镜适用于对纳米材料，金属材料 及金属基复合材料，陶瓷材料，高分 子材料等的原子尺度结构和成分的研 究．
EDXA 能谱一台 最高加速电压：300KV 放大倍数:TEM 模式 60X—1000KX HAADF STEM模式 200X—100M
分化、增殖与调控等生命活动的规律。在农林科学方面，电镜 技术对植物各种疾病病因诊断与防治的研究越来越重要。利用
电镜技术观察高分子、表面活性剂、碳纳米管及纳米粒子等结
构形态，为化学及材料科学研究提供了有力的技术手段。
第三节 其他显微技术的发展

扫描隧道显微技术(STM) 原子力显微技术(AFM)


一、电子显微镜技术的发展
第一台电子显微镜问世后，面临的首要问题是如何将电子
显微镜技术应用于生物学及其他学科研究。 电子显微镜结构的改进和功能的改善，样品制备技术的改 进，使电子显微镜技术在生命科学研究中发挥了重要作用。
表1-2 电子显微镜技术发展简史
年代 1934 1946 1947 1949 1950 1952 1956 1953 Latta和Hartmann Palade Palade和Siekevitz Porter和Blum Moran 研究者 Marotn Williams和Wyckoff Claude 电子显微镜技术 发表了第一张生物组织茅膏菜属植物叶切片的电子显微图 将金属投影用于增加电镜图象反差 开始使用铀固定剂 甲基丙烯酸酯被用作包埋介质 用玻璃刀进行组织切片 将缓冲液与锇酸混合，作为组织固定液 用电子显微镜分析细胞碎片 介绍切片机和切片技术 使用钻石刀进行超薄切片，并创立冷冻超薄切片术 以磷钨酸为负染色剂观察了灌木病毒及烟草花叶病毒的超微结构 高锰酸钾作为固定剂 环氧树脂作为包埋介质 介绍用重金属铅和铀对组织切片进行染色 采用冷冻置换技术制备生物样品 介绍Epon包埋介质 开始研究冷冻断裂技术 用戊二醛作预固定液保存细胞超微结构及活性，进行细胞化学方面研究 对蛋白质吸附于胶体金进行探讨 将蛋白质吸附于胶体金方法用于扫描电子显微镜 胶体金颗粒作为一种示踪物用于电子显微技术研究 胶体金作为抗血清特异标记物用于透射电子显微镜 首次制备蛋白质A-金复合物 建立了制备免疫球蛋白-金颗粒基本方法 提出包埋后免疫金标记技术
样品(样品厚度为50~70 nm左右)；样品制备以超薄切片为主，操作比较
复杂。

透射电镜适用于样品内部显微结构及样品外形(状)的观察，也可进行纳米
样品粒径大小的测定。

扫描电子显微镜：简称扫描电镜(SEM)，是用极细的电子束在样
品表面扫描，将产生的二次电子用特制的探测器收集，形成电信 号运送到显像管，在显示屏上显示物体形貌。如细胞、组织等的
1590 1665
1665 1931 1938 1939 1965 1959 1975 1981 1990
德国物理学家Knoll和Ruska
研制成功第一台透射电子显微镜 研制成功第一台扫描电子显微镜
Ardenne
德国Siemens公司
英国剑桥科学仪器有限公司
生产了第一台商品用的透射电子显微镜 扫描电子显微镜作为商品问世
纸张、钢铁质量等，观察矿石结构、检测催化剂微观结构、观察 正常细胞与癌细胞差异等。
测试中心电镜设备介绍
仪器名称：环境扫描电子显微镜 生产厂家：荷兰 Philips 仪器型号： XL-30 ESEM 主要附件：能谱分析仪 背散射电子探头
分辨率：
功
3.4nm
低真空 环境模式
能：具有高真空
最高加速电压： 30KV 最大放大倍数：10万倍
• 扫描隧道显微技术(STM)
• 原子力显微技术(AFM)
• 激光扫描共焦显微技术
利用共焦光路及激光扫 描，在观察较厚样品的 内部结构或直接观察细 胞时，可使所选定的不 同层面每一焦点面影象 清晰，从而得到细胞不 同切面上的一系列图象， 经计算机系统快速分析 处理，即可重组出样品 三维立体图象，展现细 胞瞬间变化的形态结构。
激光扫描共焦显微技术

扫描隧道显微技术(STM)

原子力显微技术(AFM)

激光扫描共焦显微技术
利用量子力学中隧道效 应产生隧道电流信号， 获得反映样品表面原子 形态结构和原子排列图 象。 具有原子尺度的高分辨 率。 可以观察单原子层的实 时结构图象，并能在大 气、真空甚至液体环境 中观察自然状态下的样 品表面结构，因而在半 导体、金属、无机材料 及生物学研究等方面有 广阔的应用前景。
世界上第一台电子显微镜