一、美麗的微觀世界與掃描電子電鏡SEM

1、儀器簡介

中文名：掃描電子顯微鏡

外文名：scanning electron microscope（SEM）

發(fā)明：1965年

屬性：細(xì)胞生物學(xué)、材料等研究工具

2、主要性能參數(shù)

①放大率

與普通光學(xué)顯微鏡不同，在SEM中，是通過控制掃描區(qū)域的大小來控制放大率的。如果需要更高的放大率，只需要掃描更小的一塊面積就可以了。放大率由屏幕/照片面積除以掃描面積得到。所以，SEM中，透鏡與放大率無關(guān)。

②場深

在SEM中，位于焦平面上下的一小層區(qū)域內(nèi)的樣品點都可以得到良好的會焦而成象。這一小層的厚度稱為場深，通常為幾納米厚，所以，SEM可以用于納米級樣品的三維成像。

③作用體積

電子束不僅僅與樣品表層原子發(fā)生作用，它實際上與一定厚度范圍內(nèi)的樣品原子發(fā)生作用，所以存在一個作用“體積”。作用體積的厚度因信號的不同而不同：

歐革電子：0.5～2納米。

次級電子：5λ，對于導(dǎo)體，λ=1納米；對于絕緣體，λ=10納米。

背散射電子：10倍于次級電子。

特征X射線：微米級。

X射線連續(xù)譜：略大于特征X射線，也在微米級。

③工作距離

工作距離指從物鏡到樣品最高點的垂直距離。

如果增加工作距離，可以在其他條件不變的情況下獲得更大的場深。

如果減少工作距離，則可以在其他條件不變的情況下獲得更高的分辨率。

通常使用的工作距離在5毫米到10毫米之間。

④成象

次級電子和背散射電子可以用于成象，但后者不如前者，所以通常使用次級電子。

⑤表面分析

歐革電子、特征X射線、背散射電子的產(chǎn)生過程均與樣品原子性質(zhì)有關(guān)，所以可以用于成分分析。但由于電子束只能穿透樣品表面很淺的一層（參見作用體積），所以只能用于表面分析。

表面分析以特征X射線分析最常用，所用到的探測器有兩種：能譜分析儀與波譜分析儀。前者速度快但精度不高，后者非常精確，可以檢測到“痕跡元素”的存在但耗時太長。

3、應(yīng)用范圍

⑴ 生物：種子、花粉、細(xì)菌

⑵ 醫(yī)學(xué)：血球、病毒

⑶ 動物：大腸、絨毛、細(xì)胞、纖維

⑷ 材料：陶瓷、高分子、粉末、金屬、金屬夾雜物、環(huán)氧樹脂

⑸ 化學(xué)、物理、地質(zhì)、冶金、礦物、污泥（桿菌）、機(jī)械、電機(jī)及導(dǎo)電性樣品，如半導(dǎo)體(IC、線寬量測、斷面、結(jié)構(gòu)觀察）電子材料等。

二、生物樣品檢測與投射電子顯微鏡TEM

在透射電子顯微鏡下拍攝生物樣品的照片，可以清晰地分析、測試微觀物質(zhì)和材料的結(jié)構(gòu)。

1、儀器簡介

透射電子顯微鏡與光學(xué)顯微鏡的成像原理基本一樣，但其放大倍數(shù)最高可達(dá)近百萬倍、達(dá)到0.1～0.2nm。使用TEM可以觀察樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)，甚至可以用于觀察僅僅一列原子的結(jié)構(gòu)，因此TEM的應(yīng)用幾乎可涵蓋包括材料科學(xué)、地質(zhì)礦物和其他固體科學(xué)以及生命科學(xué)在內(nèi)的所有科學(xué)領(lǐng)域，成為探索客觀物質(zhì)世界微觀結(jié)構(gòu)奧秘的強有力的手段。

2、應(yīng)用范圍

TEM的優(yōu)質(zhì)性能使其成為物理學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)等相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域的重要分析方法，可應(yīng)用于如癌癥研究、病毒學(xué)、材料科學(xué)，以及納米技術(shù)、半導(dǎo)體研究等方面。能夠觀察和研究金屬及其合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并進(jìn)行晶體缺陷分析；配合相應(yīng)樣品臺可觀察樣品的形變和斷裂過程；觀察及分析樣品組織結(jié)構(gòu)。

3、送樣要求

可測樣品送樣要求：固體、薄膜、粉末、液體樣品；

樣品需提供的信息：注明樣品大致形態(tài)、攝片倍數(shù)及是否要做衍射晶格；

不可測試樣品：易燃易爆、和易升華樣品、磁性材料、有機(jī)材料。

三、針尖下的世界——原子力顯微鏡AFM

1、儀器簡介

它主要由帶針尖的微懸臂、微懸臂運動檢測裝置、監(jiān)控其運動的反饋回路、使樣品進(jìn)行掃描的壓電陶瓷掃描器件、計算機(jī)控制的圖像采集、顯示及處理系統(tǒng)組成。微懸臂運動可用如隧道電流檢測等電學(xué)方法或光束偏轉(zhuǎn)法、干涉法等光學(xué)方法檢測，當(dāng)針尖與樣品充分接近相互之間存在短程相互斥力時，檢測該斥力可獲得表面原子級分辨圖像，一般情況下分辨率也在納米級水平。AFM測量對樣品無特殊要求，可測量固體表面、吸附體系等。

2、儀器結(jié)構(gòu)

在原子力顯微鏡（Atomic ForceMicroscopy，AFM）的系統(tǒng)中，可分成三個部分：力檢測部分、位置檢測部分、反饋系統(tǒng)。

①力檢測部分

在原子力顯微鏡（AFM）的系統(tǒng)中，所要檢測的力是原子與原子之間的范德華力。所以在本系統(tǒng)中是使用微小懸臂（cantilever）來檢測原子之間力的變化量。微懸臂通常由一個一般100~500μm長和大約500nm~5μm厚的硅片或氮化硅片制成。微懸臂頂端有一個尖銳針尖，用來檢測樣品－針尖間的相互作用力。這微小懸臂有一定的規(guī)格，例如：長度、寬度、彈性系數(shù)以及針尖的形狀，而這些規(guī)格的選擇是依照樣品的特性，以及操作模式的不同，而選擇不同類型的探針。

②位置檢測部分

在原子力顯微鏡（AFM）的系統(tǒng)中，當(dāng)針尖與樣品之間有了交互作用之后，會使得懸臂cantilever擺動，當(dāng)激光照射在微懸臂的末端時，其反射光的位置也會因為懸臂擺動而有所改變，這就造成偏移量的產(chǎn)生。在整個系統(tǒng)中是依靠激光光斑位置檢測器將偏移量記錄下并轉(zhuǎn)換成電的信號，以供SPM控制器作信號處理。

③反饋系統(tǒng)

在原子力顯微鏡（AFM）的系統(tǒng)中，將信號經(jīng)由激光檢測器取入之后，在反饋系統(tǒng)中會將此信號當(dāng)作反饋信號，作為內(nèi)部的調(diào)整信號，并驅(qū)使通常由壓電陶瓷管制作的掃描器做適當(dāng)?shù)囊苿?，以保持樣品與針尖保持一定的作用力。

3、儀器優(yōu)缺點

相對于掃描電子顯微鏡，原子力顯微鏡具有許多優(yōu)點。不同于電子顯微鏡只能提供二維圖像，AFM提供真正的三維表面圖。同時，AFM不需要對樣品的任何特殊處理，如鍍銅或碳，這種處理對樣品會造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。第三，電子顯微鏡需要運行在高真空條件下，原子力顯微鏡在常壓下甚至在液體環(huán)境下都可以良好工作。這樣可以用來研究生物宏觀分子，甚至活的生物組織。原子力顯微鏡與掃描隧道顯微鏡（Scanning TunnelingMicroscope）相比，由于能觀測非導(dǎo)電樣品，因此具有更為廣泛的適用性。當(dāng)前在科學(xué)研究和工業(yè)界廣泛使用的掃描力顯微鏡，其基礎(chǔ)就是原子力顯微鏡。

和掃描電子顯微鏡(SEM）相比，AFM的缺點在于成像范圍太小，速度慢，受探頭的影響太大。

四、能移動原子的顯微鏡—掃描隧道電子顯微鏡

1、儀器簡介

掃描隧道顯微鏡亦稱為“掃描穿隧式顯微鏡”、“隧道掃描顯微鏡”，是一種利用量子理論中的隧道效應(yīng)探測物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的儀器。它于1981年由格爾德·賓寧（G．Binnig）及海因里希·羅雷爾（H．Rohrer）在IBM位于瑞士蘇黎世的蘇黎世實驗室發(fā)明，兩位發(fā)明者因此與恩斯特·魯斯卡分享了1986年諾貝爾物理學(xué)獎。

2、工作原理

掃描隧道顯微鏡的工作原理簡單得出乎意料。就如同一根唱針掃過一張唱片，一根探針慢慢地通過要被分析的材料（針尖極為尖銳，僅僅由一個原子組成）。一個小小的電荷被放置在探針上，一股電流從探針流出，通過整個材料，到底層表面。當(dāng)探針通過單個的原子，流過探針的電流量便有所不同，這些變化被記錄下來。電流在流過一個原子的時候有漲有落，如此便極其細(xì)致地探出它的輪廓。在許多的流通后，通過繪出電流量的波動，人們可以得到組成一個網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的單個原子的美麗圖片。

3、工作模式

①恒電流模式

利用一套電子反饋線路控制隧道電流 I ，使其保持恒定。再通過計算機(jī)系統(tǒng)控制針尖在樣品表面掃描，即是使針尖沿x、y兩個方向作二維運動。由于要控制隧道電流 I 不變，針尖與樣品表面之間的局域高度也會保持不變，因而針尖就會隨著樣品表面的高低起伏而作相同的起伏運動，高度的信息也就由此反映出來。這就是說，STM得到了樣品表面的三維立體信息。這種工作方式獲取圖象信息全面，顯微圖象質(zhì)量高，

②恒高度模式

在對樣品進(jìn)行掃描過程中保持針尖的絕對高度不變；于是針尖與樣品表面的局域距離將發(fā)生變化，隧道電流I的大小也隨著發(fā)生變化；通過計算機(jī)記錄隧道電流的變化，并轉(zhuǎn)換成圖像信號顯示出來，即得到了STM顯微圖像。這種工作方式僅適用于樣品表面較平坦、且組成成分單一(如由同一種原子組成)的情形。從STM的工作原理可以看到：STM工作的特點是利用針尖掃描樣品表面，通過隧道電流獲取顯微圖像，而不需要光源和透鏡。這正是得名“掃描隧道顯微鏡”的原因。

五、免疫熒光細(xì)胞化學(xué)與熒光顯微鏡

熒光顯微鏡也是光學(xué)顯微鏡的一種，主要的區(qū)別是二者的激發(fā)波長不同，由此決定了熒光顯微鏡與普通光學(xué)顯微鏡結(jié)構(gòu)和使用方法上的不同。它是用于免疫熒光細(xì)胞化學(xué)的基本工具。

1、儀器簡介

熒光顯微鏡(Fluorescence microscope) ：熒光顯微鏡是以紫外線為光源，用以照射被檢物體，使之發(fā)出熒光，然后在顯微鏡下觀察物體的形狀及其所在位置。熒光顯微鏡用于研究細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的吸收、運輸、化學(xué)物質(zhì)的分布及定位等。細(xì)胞中有些物質(zhì)，如葉綠素等，受紫外線照射后可發(fā)熒光；另有一些物質(zhì)本身雖不能發(fā)熒光，但如果用熒光染料或熒光抗體染色后，經(jīng)紫外線照射亦可發(fā)熒光，熒光顯微鏡就是對這類物質(zhì)進(jìn)行定性和定量研究的工具之一。

中文名：熒光顯微鏡

外文名：Fluorescence microscope

光源：紫外線

應(yīng)用：研究細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的吸收、運輸?shù)?，物質(zhì)進(jìn)行定性和定量研究工具之一

注意事項：在暗室中檢查，按照說明書使用等

2、鑒別方法

熒光顯微鏡和普通顯微鏡有以下的區(qū)別：

照明方式通常為落射式，即光源通過物鏡投射于樣品上；

光源為紫外光，波長較短，分辨力高于普通顯微鏡；

有兩個特殊的濾光片，光源前的用以濾除可見光，目鏡和物鏡之間的用于濾除紫外線，用以保護(hù)人眼。

3、標(biāo)本制作要求

①載玻片

載玻片厚度應(yīng)在0.8～1.2mm之間，太厚的坡片，一方面光吸收多，另一方面不能使激發(fā)光在標(biāo)本上聚集。載玻片必須光潔，厚度均勻，無明顯自發(fā)熒光。有時需用石英玻璃載玻片。

②蓋玻片

蓋玻片厚度在0.17mm左右，光潔。為了加強激發(fā)光，也可用于涉蓋玻片，這是一種特制的表面鍍有若干層對不同波長的光起到不同干涉作用的物質(zhì)（如氟化鎂）的蓋玻片，它可以使熒光順利通過，而反射激發(fā)光，這種反射的激發(fā)光可激發(fā)標(biāo)本。

③標(biāo)本

組織切片或其他標(biāo)本不能太厚，若太厚激發(fā)光大部分消耗在標(biāo)本下部，而物鏡直接觀察到的上部不充分激發(fā)。另外，細(xì)胞重疊或雜質(zhì)掩蓋，影響判斷。

④封裱劑

封裱劑常用甘油，必須無自發(fā)熒光，無色透明，熒光的亮度在pH8.5～9.5時較亮，不易很快褪去。

⑤鏡油

一般暗視野熒光顯微鏡和用油鏡觀察標(biāo)本時，必須使用鏡油，最好使用特制的無熒光鏡油，也可用上述甘油代替，液體石蠟也可用，只是折光率較低，對圖像質(zhì)量略有影響。

4、使用方法

（1）打開燈源，超高壓汞燈要預(yù)熱15min才能達(dá)到最亮點。

（2）透射式熒光顯微鏡需在光源與暗視野聚光器之間裝上所要求的激發(fā)濾片，在物鏡的后面裝上相應(yīng)的壓制濾片。落射式熒光顯微鏡需在光路的插槽中插入所要求的激發(fā)濾片、雙色束分離器、壓制濾片的插塊。

（3）用低倍鏡觀察，根據(jù)不同型號熒光顯微鏡的調(diào)節(jié)裝置，調(diào)整光源中心，使其位于整個照明光斑的中央。

（4）放置標(biāo)本片，調(diào)焦后即可觀察。使用中應(yīng)注意：未裝濾光片不要用眼直接觀察，以免引起眼的損傷；用油鏡觀察標(biāo)本時，必須用無熒光的特殊鏡油；高壓汞燈關(guān)閉后不能立即重新打開，需待汞燈完全冷卻后才能再啟動，否則會不穩(wěn)定，影響汞燈壽命。

（5）觀察。例如：在熒光顯微鏡下用藍(lán)紫光濾光片，觀察到經(jīng)0.01%吖啶橙熒光染料染色的細(xì)胞，細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)被激發(fā)產(chǎn)生兩種不同顏色的熒光(暗綠色和橙紅色)。

六、可以在屏幕上顯示的數(shù)碼顯微鏡

數(shù)碼顯微鏡又叫視頻顯微鏡，它是將顯微鏡看到的實物圖像通過數(shù)模轉(zhuǎn)換，使其成像在顯微鏡自帶的屏幕上或計算機(jī)上。

1、儀器簡介

數(shù)碼顯微鏡是將精銳的光學(xué)顯微鏡技術(shù)、先進(jìn)的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、液晶屏幕技術(shù)完美地結(jié)合在一起而開發(fā)研制成功的一項高科技產(chǎn)品。從而，我們可以對微觀領(lǐng)域的研究從傳統(tǒng)的普通的雙眼觀察到通過顯示器上再現(xiàn)，從而提高了工作效率。

2、儀器分類

數(shù)碼顯微鏡根據(jù)數(shù)據(jù)顯示方式不同可分為兩大類：自帶屏幕數(shù)碼顯微鏡和采用計算機(jī)顯示的數(shù)碼顯微鏡。

自帶屏幕數(shù)碼顯微鏡，又可分為三類，1.臺式數(shù)碼顯微鏡；2.便攜式數(shù)碼顯微鏡；3.無線數(shù)碼顯微鏡；臺式數(shù)碼顯微鏡的主要特點是放大倍率相對較高，可以與電子顯微鏡媲美；便攜式數(shù)碼顯微鏡追求的是隨處可顯微，講究小巧，其現(xiàn)市場上最具代表性的是3R推出的MSA200視頻顯微鏡；無線顯微鏡其應(yīng)用的是2.4G無線傳輸，追求快捷方便，其現(xiàn)只有3R推出的一款WM401無線顯微鏡；

采用計算機(jī)顯示的數(shù)碼顯微鏡通過顯微鏡內(nèi)置的攝像機(jī)將顯微鏡看到的標(biāo)本圖像傳輸?shù)接嬎銠C(jī)上，通過計算機(jī)上安裝的顯微圖像分析軟件進(jìn)行追蹤分析，從而獲得一系列有價值的定性定量數(shù)據(jù)。主要用于微生物鑒定、細(xì)胞形態(tài)檢查、尿液有形成份分析、纖維細(xì)度檢測等方面。具有全自動掃描、圖像分析功能強、拓展性強等諸多特點。

3、儀器特點

數(shù)碼顯微鏡在觀察物體時能產(chǎn)生正立的三維空間影像。立體感強，成像清晰和寬闊，又具有長工作距離，并是適用范圍非常廣泛的常規(guī)顯微鏡。它操作方便、直觀、檢定效率高,如3R的A200數(shù)碼顯微鏡其適用于電子工業(yè)生產(chǎn)線的檢驗、印刷線路板的檢定、印刷電路組件中出現(xiàn)的焊接缺陷(印刷錯位、塌邊等)的檢定、單板PC的檢定、真空熒光顯示屏VFD的檢定,也可對對印刷網(wǎng)格、字畫等的鑒定等等,它將實物的圖像放大后顯示在計算機(jī)的屏幕上，可以將圖片保存，放大，打印。配測量軟件可以測量各種數(shù)據(jù)。

4、與普通顯微鏡區(qū)別

數(shù)碼顯微鏡與普通顯微鏡之間的不同，有下面的六大區(qū)別：

具有顯微攝像功能，把觀察到的顯微效果保存下來，形成圖文文件，可給相關(guān)部門互相傳閱；普通顯微鏡只能通過目鏡觀察，不能進(jìn)行顯微攝像。

與電腦相接，可以實現(xiàn)多人同時觀察；普通顯微鏡只能一人觀察。

通過電腦屏幕預(yù)覽，可以減少眼睛疲勞；普通顯微鏡則需要每時每刻通過目鏡觀察，容易造成眼睛過度疲勞。

數(shù)碼顯微鏡的成像裝置可以有測量，打印圖文報告，錄像等功能；普通顯微鏡只能單純的進(jìn)行顯微觀察。

數(shù)碼顯微鏡是現(xiàn)代科學(xué)儀器儀表發(fā)展的一個新時代，具有很多普通顯微鏡沒有的功能。它在科學(xué)研究、產(chǎn)品檢測、教學(xué)演示、考古等方面都有迅速的發(fā)展。

（內(nèi)容來源測了么網(wǎng)）