zeiss扫描电子显微镜
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本文目录:
一、有没有综述性的文章,介绍扫描电镜,场发射显微镜,原子力显微镜等
电子显微镜技术发展综述
摘要:本文论述了电子显微镜的发展现状及历史,介绍了目前较为先进的数种电子显微镜的结构、原理以及其在生物学领域的应用情况,并对其在组织学研究中的应用进行探讨。 关键词:电子显微镜;组织学研究 引言:显微技术是一门对于物质微小区域进行化学成分分析、显微形貌观察、微观结构测定的一门专门的显微分析技术。20世纪30年代,透射电子显微镜(TEM)的发明标志着电子显微技术的诞生,人们可以进一步地研究物质的超微结构。电子显微技术在普通光学显微技术基础上进一步拓宽了人们的观测视野,在各个领域发挥了重要的作用,被广泛应用于科学领域。在生物学研究领域,电子显微技术推进了组织学,细胞生物学,分子生物学等学科的发展,因而具有不可替代的崇高地位。
一、电子显微镜技术
1.1电子显微镜的定义与组成 电子显微镜,简称电镜,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,使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器[1]电子显微镜由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成。镜筒主要有电子源、电子透镜、样品架、荧光屏和探测器等部件,这些部件通常是自上而下地装配成一个柱体。①电子透镜:用来聚焦电子,是电子显微镜镜筒中最重要的部件。一般使用的是磁透镜,有时也有使用静电透镜的。它用一个对称于镜筒轴线的空间电场或磁场使电子轨迹向轴线弯曲形成聚焦,其作用与光学显微镜中的光学透镜(凸透镜)使光束聚焦的作用是一样的,所以称为电子透镜。光学透镜的焦点是固定的,而电子透镜的焦点可以被调节,因此电子显微镜不象光学显微镜那样有可以移动的透镜系统。现代电子显微镜大多采用电磁透镜,由很稳定的直流励磁电流通过带极靴的线圈产生的强磁场使电子聚焦。②电子源:是一个释放自由电子的阴极,栅极,一个环状加速电子的阳极构成的。阴极和阳极之间的电压差必须非常高,一般在数千伏到3百万伏之间。它能发射并形成速度均匀的电子束,所以加速电压的稳定度要求不低于万分之一。③样品架:样品可以稳定地放在样品架上。此外往往还有可以用来改变样品(如移动、转动、加热、降温、拉长等)的装置。④探测器:用来收集电子的信号或次级信号。
1.2基本原理 不同类型的电子显微镜成像原理各有差异,但均是利用电磁场来偏转、聚焦电子束,再依据电子与物质作用的原理来研究物质的构造。其中透射式电子显微镜产生的电子束经聚光镜会聚后均匀照射到试样上的待观察区域,入射电子与试样物质相互作用,由于试样很薄,绝大部分电子穿透试样,其强度分布与所观察试样区的形貌、组织、结构一一对应。投射出试样的电子经三级磁透镜放大投射在观察图形的荧光屏上,荧光屏将电子强度分布转化为人眼可见的光强分布,于是在荧光屏上显出与试样形貌、组织、结构相应的图像。扫描电子显微镜(SEM)是聚焦电子束在线圈驱动下对试样表面逐点栅网式扫描成像,成像信号为二次电子、背散射电子或吸收电子。二次电子信号被探测器收集转换成电讯号,经处理后得到反应试样表面形貌的二次电子像。背散射电子成像反映样品的元素分布,及不同相成分区域的轮廓。此外由于电子的德布罗意波长较短,分辨率比光学显微镜高的很多,可以达到0.1~0.2nm,放大倍数从几万到百万倍。
1.3技术发展史 世界上第一台电子显微镜(透射式电子显微镜(TEM))由德国科学家Ruska和Knoll于1931年研制成功。二战后,Ruska继续对TEM进行研究改进,并制造出了放大倍数在10万倍以上的显微镜,并因此获得了诺贝尔物理学奖。在TEM的基础上,英国工程师Charles于1952年发明了世界上第一台扫描电子显微镜(SEM)。扫描电镜主要是针对具有高低差较大、粗糙不平的厚块试样进行观察,因而在设计上突出了景深效果,一般用来分析断口以及未经人工处理的自然表面;而透射电镜则突出的是高分辨率,使用透射电镜观察样品能获得高分辨率的超微结构图像,在材料科学和生物学上应用较多,同时也是病理学上的诊断工具,该技术的关键是超薄切片的制备。在这以后场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、场离子显微镜(FIM)、低能电子衍射(LEED)、俄歇谱仪(AES)、光电子能谱(ESCA)等相继诞生,在各科学领域的研究中起重要作用。 1981年G.Binnig和H.Rohrer成功研制了世界上第一台扫描隧道显微镜(STM),并因此获得诺贝尔物理奖.它的出现,使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质,被国际科学界公认为80年代世界十大科技成就之一。扫描隧道显微镜(STM)是利用导体针尖与样品之间的隧道电流,并用精密压电晶体控制导体针尖沿样品表面扫描,从而能以原子尺度记录样品表面形貌的新型仪器.其分辨率已达到1nm~2nm,用它可研究各种金属、半导体和生物样品的表面形貌,也可研究表面沉积、表面原子扩散、表面粒子的成核和生长,吸附和脱附等。 在STM出现以后,又陆续发展了一系列工作原理相似的新型显微技术,包括原子力显微镜(AFM)、横向力显微镜(LFM)等,这类基于探针对被测样品进行扫描成像的显微镜统称为扫描探针显微镜(SPM)。扫描探针显微镜是纳米测量学、纳米表征与测量方法中最重要最基本的手段。它能以原子级的探针和被测样品表面作为工作的主要元件,在X和y两个方向上完成探针与样品之间的扫描,同时在Z方向的升降来模拟样品表面的起伏。用探针与样品间的相互作用所产生的物理量的数值随样品表面起伏的变化来达到观察样品表面形貌的目的。这种仪器分辨率高,横向分辨率可达0.1nm,纵向分辨率可达0.01nm,可以直接观察测定样品的三维图像,可以在大气、真空甚至液体中,在高温或低温下进行观测。检测时可以不与样品接触,故不会损伤样品,也不需要电子束照射,因而不会对样品造成辐射损伤。
二、我国电子显微镜技术的发展 1958年,我国成功地研制了第一台电子显微镜,1988年中国科学院白春礼和 姚俊恩研制出了我国的第一台STM。[2] 2000年,中国电子显微镜学会统计中国大陆保有量不到2000台,中国加入WTO后,经济大发展,科研教育以及产业构都在升级目前,我国电子显微镜市场每年以近百套的数量在增长,可以预期,在未来数年内中国电子显微镜市场容量将居世界首位。 中国市场的电子显微镜,日本电子的市场占有率超过50%,排在首位。紧随其后的是FEI(原飞利浦电镜部)、日本日立(天美代理)、德国Carl Zeiss(原德国LEO)和日本岛津。而在国产厂家方面,主要是中科科仪、南京江南光电和上海电子光学技术研究所,产品主要集中在低端的扫描电子显微镜市场。就市场总体情况而言,国产电镜国内市场占有率不足10%。由此可见我国国产电子显微镜还有较大幅度的提升空间。从种类上看扫描电镜占目前中国电子显微镜总保有量的63.61%,透射电镜则为36.39%,可见扫描电镜在我国有着更为广泛的用户基础。[3]
三、电子显微镜技术的未来发展趋势
3.1远程电子显微镜技术 自上世纪九十年代以来,随着计算机技术和网络技术的发展,远程电子显微镜逐渐出现,它可以将实验室现场获得的实时信息展现给远端用户,使其可以通过互联网实时观看样品图像,并远程操作仪器来完成实验。[4] 远程电子显微镜技术的关键在于图像的采集、压缩和传输。在图像采集方面,现在的电子显微镜已经有了长足的进步。老式的电子显微镜多采用数码相机和视频采集卡来采集图像,新式电子显微镜多采用VGA采集卡进行图像采集并已成为未来发展趋势。此外运用软件来采集图像的新方式也逐渐出现。早期,图像的压缩使用的是JPEG图像压缩法,即远端用户所见的是一系列独立的静态样品图像。现在,随着技术的发展,MPEG4和H.264等视频压缩算法被逐渐运用到了样品图像的压缩。现在,样品图像的传输主要通过TCP协议和UDP协议,但其占用带宽过大,传输效果并不理想。为了改善传输性能,专门的数据传输系统“金字塔”式网络传输模型以及专有传输网络正在研究之中,同时这也是现阶段远程电子显微镜的改进方向。 1990年,Carl Zmola等人实现了对SEM的样品图像网络传输,首次建立了远程电镜的样品图像实时传输系统。随后,美国各大学相继建立了各自的SEM远程系统。样品传输的效能也有了长足进步,最初,在800Mb的光纤网络中,样品图像的传输效能是每17秒传送1帧。到了2000年,在1~2Mb的网络中,样品图像的传输可以达到每秒传送5帧。在技术上尚有很大程度的提升空间。 在中国,尽管各大院校及研究机构中有数千台电子显微镜,但仍不能满足日益增长的应用需求,因此远程电子显微镜技术的研究对于中国是很有应用价值的。
3.2低温电子显微镜技术 低温电子显微镜技术是应用冷冻(物理)方法制备生物样品并进行观察的技术,因而在生物学组织学中的应用较为广泛。与常规电镜技术(化学方法)相比较,其可最大程度地维持样品在生活时的生理状态,可运用于生物大分子的动态过程研究以及细胞核组织的三维结构分析。
3.3低温电镜下的三维重构技术 电子显微镜的三维成像技术是电子显微和计算机完美结合的产物,它利用电子显微镜收集样品的二维投影图像,经过计算机处理重构出样品的三维空间结构。三维成像技术在生物学领域的应用十分广泛,尤其体现在对蛋白质的三维结构分析上。早期的三维成像技术主要使用重金属盐溶液对样品进行染
二、詹森父子和谁分别发明了什么显微镜?
詹森父子研制了光学显微镜,恩斯特·鲁斯卡研制了电子显微镜。
一、光学显微镜
光学显微镜是在1590年由荷兰的詹森父子所首创。现在的光学显微镜可把物体放大1600倍,分辨的最小极限达波长的1/2。
二、电子显微镜
1、恩斯特·奥古斯特·弗里德里希·鲁斯卡(德语:Ernst August Friedrich Ruska,1906年12月25日-1988年5月27日),德国物理学家,电子显微镜的发明者,1986年获诺贝尔物理学奖。
2、1931年,恩斯特·鲁斯卡通过研制电子显微镜,使生物学发生了一场革命。这使得科学家能观察到像百万分之一毫米那样小的物体。1986年他被授予诺贝尔奖。
扩展资料:
显微镜的历史沿革:
1590年,荷兰Z·Jansen(詹森)和意大利人的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。
1833年,Brown(布朗):在显微镜下观察紫罗兰,随后发表他对细胞核的详细论述。
1876年,Abbe(阿比):剖析影像在显微镜中成像时所产生的绕射作用,试图设计出最理想的显微镜。
1886年,Zeiss(蔡司):打破一般可见光理论上的极限,他的发明--阿比式及其它一系列的镜头为显微学者另辟一新的解像天地。
1930年,Lebedeff(莱比戴卫):设计并搭配第一架干涉显微镜。另外由Zernicke(卓尼柯)在1932年发明出相位差显微镜。
1952年,Nomarski(诺马斯基):发明干涉相位差光学系统。此项发明不仅享有专利权并以发明者本人命名之。
参考资料:百度百科-显微镜
三、显微镜的发展史?
早在公元前一世纪,人们就已发现通过球形透明物体去观察微小物体时,可以使其放大成像。后来逐渐对球形玻璃表面能使物体放大成像的规律有了认识。
1590年,荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。
1611年
Kepler(克卜勒):提议复合式显微镜的制作方式。
1665年
Hooke(胡克):「细胞」名词的由来便由虎克利用复合式显微镜观察植物的木栓组织上的微小气孔而得来的。
1674年
Leeuwenhoek(列文胡克):发现原生动物学的报导问世,并于九年后成为首位发现「细菌」存在的人。
1833年
Brown(布朗):在显微镜下观察紫罗兰,随后发表他对细胞核的详细论述。
1838年
Schlieden and Schwann(施莱登和施旺):皆提倡细胞学原理,其主旨即为「有核细胞是所有动植物的组织及功能之基本元素」。
1857年
Kolliker(寇利克):发现肌肉细胞中之线粒体。
1876年
Abbe(阿比):剖析影像在显微镜中成像时所产生的绕射作用,试图设计出最理想的显微镜。
1879年
Flrmming(佛莱明):发现了当动物细胞在进行有丝分裂时,其染色体的活动是清晰可见的。
1881年
Retziue(芮祖):动物组织报告问世,此项发表在当世尚无人能凌驾逾越。然而在20年后,却有以Cajal(卡嘉尔)为首的一群组织学家发展出显微镜染色观察法,此举为日后的显微解剖学立下了基础。
1882年
Koch(寇克):利用苯安染料将微生物组织进行染色,由此他发现了霍乱及结核杆菌。往后20年间,其它的细菌学家,像是Klebs 和 Pasteur(克莱柏和帕斯特)则是藉由显微镜下检视染色药品而证实许多疾病的病因。
1886年
Zeiss(蔡氏):打破一般可见光理论上的极限,他的发明--阿比式及其它一系列的镜头为显微学者另辟一新的解像天地。
1898年
Golgi(高尔基):首位发现细菌中高尔基体的显微学家。他将细胞用硝酸银染色而成就了人类细胞研究上的一大步。
1924年
Lacassagne(兰卡辛):与其实验工作伙伴共同发展出放射线照相法,这项发明便是利用放射性钋元素来探查生物标本。
1930年
Lebedeff(莱比戴卫):设计并搭配第一架干涉显微镜。另外由Zernicke(卓尼柯)在1932年发明出相位差显微镜,两人将传统光学显微镜延伸发展出来的相位差观察使生物学家得以观察染色活细胞上的种种细节。
1941年
Coons(昆氏):将抗体加上萤光染剂用以侦测细胞抗原。
1952年
Nomarski(诺马斯基):发明干涉相位差光学系统。此项发明不仅享有专利权并以发明者本人命名之。
1981年
Allen and Inoue(艾伦及艾纽):将光学显微原理上的影像增强对比,发展趋于完美境界。
1988年
Confocal(共轭焦)扫描显微镜在市场上被广为使用。
四、显微镜是谁发明的
显微镜是谁发明的:列文虎克
安东尼列文虎克(,1632年10月24日1723年8月26日),荷兰显微镜学家、微生物学的开拓者,生卒均于荷兰代尔夫特。由于勤奋及本人特有的天赋,他磨制的透镜远远超过同时代人。他的放大透镜以及简单的显微镜形式很多,透镜的材料有玻璃、宝石、钻石等。其一生磨制了400多个透镜,有一架简单的透镜,其放大率竟达270倍。其主要成就:首次发现微生物,最早纪录肌纤维、微血管中血流。
显微镜简介
显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器,是人类进入原子时代的标志。主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。显微镜分光学显微镜和电子显微镜:光学显微镜是在1590年由荷兰的詹森父子所首创。现在的光学显微镜可把物体放大1600倍,分辨的最小极限达波长的1/2,国内显微镜机械筒长度一般是160毫米,其中对显微镜研制,微生物学有巨大贡献的人为列文虎克、荷兰籍。
显微镜发明过程
显微镜是人类20世纪最伟大的发明物之一。在它发明出来之前,人类关于周围世界的观念局限在用肉眼,或者靠手持透镜帮助肉眼所看到的东西。
显微镜把一个全新的世界展现在人类的视野里,人们第一次看到了数以百计的新的微小动物和植物,以及从人体到植物纤维等各种东西的内部构造。显微镜还有助于科学家发现新物种,有助于医生治疗疾病。
最早的显微镜是16世纪末期在荷兰制造出来的。发明者是亚斯詹森,荷兰眼镜商,或者另一位荷兰科学家汉斯利珀希,他们用两片透镜制作了简易的显微镜,但并没有用这些仪器做过任何重要的观察。
后来有两个人开始在科学上使用显微镜。第一个是意大利科学家伽利略。他通过显微镜观察到一种昆虫后,第一次对它的复眼进行了描述。第二个是荷兰亚麻织品商人列文虎克(1632年-1723年),他自己学会了磨制透镜。他第一次描述了许多肉眼所看不见的微小植物和动物。
1931年,恩斯特鲁斯卡通过研制电子显微镜,使生物学发生了一场革命。这使得科学家能观察到像百万分之一毫米那样小的物体。1986年他被授予诺贝尔奖。
显微镜分类
显微镜以显微原理进行分类可分为偏光显微镜、光学显微镜与电子显微镜和数码显微镜。
偏光显微镜
偏光显微镜(Polarizingmicroscope)是用于研究所谓透明与不透明各向异性材料的一种显微镜,在地质学等理工科专业中有重要应用。凡具有双折射的物质,在偏光显微镜下就能分辨的清楚,当然这些物质也可用染色法来进行观察,但有些则不可用,而必须利用偏光显微镜。反射偏光显微镜是利用光的偏振特性对具有双折射性物质进行研究鉴定的必备仪器,可供广大用户做单偏光观察,正交偏光观察,锥光观察。
光学显微镜
通常皆由光学部分、照明部分和机械部分组成。无疑光学部分是最为关键的,它由目镜和物镜组成。早于1590年,荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。光学显微镜的种类很多,主要有明视野显微镜(普通光学显微镜)、暗视野显微镜、荧光显微镜、相差显微镜、激光扫描共聚焦显微镜、偏光显微镜、微分干涉差显微镜、倒置显微镜。
电子显微镜
电子显微镜有与光学显微镜相似的基本结构特征,但它有着比光学显微镜高得多的对物体的放大及分辨本领,它将电子流作为一种新的光源,使物体成像。自1938年Ruska发明第一台透射电子显微镜至今,除了透射电镜本身的性能不断的提高外,还发展了其他多种类型的电镜。如扫描电镜、分析电镜、超高压电镜等。结合各种电镜样品制备技术,可对样品进行多方面的结构或结构与功能关系的深入研究。显微镜被用来观察微小物体的图像。常用于生物、医药及微小粒子的观测。电子显微镜可把物体放大到200万倍。
台式显微镜,主要是指传统式的显微镜,是纯光学放大,其放大倍率较高,成像质量较好,但一般体积较大,不便于移动,多应用于实验室内,不便外出或现场检测。
便携式显微镜
便携式显微镜,主要是近几年发展出来的数码显微镜与视频显微镜系列的延伸。和传统光学放大不同,手持式显微镜都是数码放大,其一般追求便携,小巧而精致,便于携带;且有的手持式显微镜有自己的屏幕,可脱离电脑主机独立成像,操作方便,还可集成一些数码功能,如支持拍照,录像,或图像对比,测量等功能。
数码液晶显微镜,最早是由博宇公司研发生产的,该显微镜保留了光学显微镜的清晰,汇集了数码显微镜的强大拓展、视频显微镜的直观显示和便携式显微镜的简洁方便等优点。
扫描隧道显微镜
扫描隧道显微镜亦称为扫描穿隧式显微镜、隧道扫描显微镜,是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它于1981年由格尔德宾宁(G.Binning)及海因里希罗雷尔(H.Rohrer)在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明,两位发明者因此与恩斯特鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。
它作为一种扫描探针显微术工具,扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子,它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外,扫描隧道显微镜在低温下(4K)可以利用探针尖端精确操纵原子,因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。
STM使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质,在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广泛的应用前景,被国际科学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之一。
发展历史
早在公元前一世纪,人们就已发现通过球形透明物体去观察微小物体时,可以使其放大成像。后来逐渐对球形玻璃表面能使物体放大成像的规律有了认识。
1590年,荷兰ZJansen(詹森)和意大利人的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。
1611年,Kepler(克卜勒):提议复合式显微镜的制作方式。
1665年,RHooke(罗伯特胡克):「细胞」名词的由来便由胡克利用复合式显微镜观察软木的木栓组织上的微小气孔而得来的。
1674年,AVLeeuwenhoek(列文虎克):发现原生动物学的报导问世,并于九年后成为首位发现「细菌」存在的人。
1833年,Brown(布朗):在显微镜下观察紫罗兰,随后发表他对细胞核的详细论述。
1838年,SchliedenandSchwann(施莱登和施旺):皆提倡细胞学原理,其主旨即为「有核细胞是所有动植物的组织及功能之基本元素」。
1857年,Kolliker(寇利克):发现肌肉细胞中之线粒体。
1876年,Abbe(阿比):剖析影像在显微镜中成像时所产生的绕射作用,试图设计出最理想的显微镜。
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79年,Flrmming(佛莱明):发现了当动物细胞在进行有丝分裂时,其染色体的活动是清晰可见的。
1881年,Retziue(芮祖):动物组织报告问世,此项发表在当世尚无人能凌驾逾越。然而在20年后,却有以Cajal(卡嘉尔)为首的一群组织学家发展出显微镜染色观察法,此举为日后的显微解剖学立下了基础。
1882年,Koch(寇克):利用苯安染料将微生物组织进行染色,由此他发现了霍乱及结核杆菌。往后20年间,其它的细菌学家,像是Klebs和Pasteur(克莱柏和帕斯特)则是藉由显微镜下检视染色药品而证实许多疾病的病因。
1886年,Zeiss(蔡司):打破一般可见光理论上的极限,他的发明--阿比式及其它一系列的镜头为显微学者另辟一新的解像天地。
1898年,Golgi(高尔基):首位发现细菌中高尔基体的显微学家。他将细胞用硝酸银染色而成就了人类细胞研究上的一大步。
1924年,Lacassagne(兰卡辛):与其实验工作伙伴共同发展出放射线照相法,这项发明便是利用放射性钋元素来探查生物标本。
1930年,Lebedeff(莱比戴卫):设计并搭配第一架干涉显微镜。另外由Zernicke(卓尼柯)在1932年发明出相位差显微镜,两人将传统光学显微镜延伸发展出来的相位差观察使生物学家得以观察染色活细胞上的种种细节。
1941年,Coons(昆氏):将抗体加上萤光染剂用以侦测细胞抗原。
1952年,Nomarski(诺马斯基):发明干涉相位差光学系统。此项发明不仅享有专利权并以发明者本人命名之。
1981年,AllenandInoue(艾伦及艾纽):将光学显微原理上的影像增强对比,发展趋于完美境界。
1988年,Confocal(共轭焦)扫描显微镜在市场上被广为使用。
数码显微镜
数码显微镜是将精锐的光学显微镜技术、先进的光电转换技术、液晶屏幕技术完美地结合在一起而开发研制成功的一项高科技产品。从而,我们可以对微观领域的研究从传统的普通的双眼观察到通过显示器上再现,从而提高了工作效率。
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