三維電子顯微鏡/電子顯微鏡

什麼是電子顯微鏡？

EM

電子顯微鏡 (EM) 是一種成像儀器，它使用電子而不是傳統光學顯微鏡中使用的光來觀察樣品。一般來說，電子顯微鏡的工作原理是將電子束照射到切片非常薄或稀釋的樣品上。電子會反彈或穿過樣品，並根據所使用的顯微鏡型別收集影像。

電子顯微鏡的解析度能力遠大於光學顯微鏡，通常可以獲得 100,000 倍的放大倍數，比傳統光學顯微鏡大 50,000 倍。解析度差異可以歸因於顯微鏡的能量源以及比人眼靈敏度高得多的儀器的檢測方法。光學顯微鏡能夠分辨大約 200 奈米的尺寸。電子顯微鏡能夠分辨約 2 埃。據報道，電子顯微鏡的解析度已達到 0.5 埃。

電子顯微鏡與傳統光學顯微鏡

傳統光學顯微鏡和電子顯微鏡的工作原理相似。兩種顯微鏡都包含能量源、聚光鏡、樣品架、物鏡和投影鏡。在這兩種情況下，能量都指向樣品，併產生影像。每種顯微鏡的主要區別在於能量源。在電子顯微鏡中，電子從電子槍發射出來，而在光學顯微鏡中，能量是由燈泡產生的。兩種顯微鏡之間的另一個重要區別是透鏡的組成。光學顯微鏡的透鏡由玻璃製成，通常呈球形。相比之下，電子顯微鏡的透鏡是電磁的和靜電的。電磁透鏡主要由纏繞的銅線組成。在光學顯微鏡中，光從光源發出，被分裂，然後重新聚焦，以便人眼觀看。在電子顯微鏡中，電子穿過樣品或從樣品上反彈，最終成像在膠片、熒光屏上或被電子探測器收集。

電子顯微鏡的一個獨特之處在於樣品架和樣品室的環境條件。樣品網格（懸浮在玻璃化冰中或負染色）放置在電子顯微鏡架上。然後將架子插入封閉的樣品室，在那裡它可以旋轉不同的角度，以便在特定使用者選擇的角度下成像。顯微鏡室的環境保持真空狀態，以促進電子束的定向運動。

顯微鏡型別

有多種顯微鏡技術使用電子顯微鏡。各種電子顯微鏡技術包括掃描電子顯微鏡 (SEM)、透射電子顯微鏡 (TEM)、反射電子顯微鏡 (REM) 和掃描透射顯微鏡 (STEM)。最常用的技術是 SEM 和 TEM。

透射電子顯微鏡的工作原理是將電子束照射到樣品上。TEM 要求樣品非常薄，能夠承受高能電子，因為電子會穿過樣品。當電子束與樣品相互作用時，就會形成影像。實質上，在電子與樣品相互作用的地方形成的影像“陰影”被投影到探測器上。

使用 TEM 成像的枯草芽孢桿菌

在 SEM 中，電子束掃描樣品表面，並檢測從表面發射的電子或 X 射線。產生的訊號用於推匯出有關樣品表面形貌的資訊。可以使用各種型別的能量，但最常見的是由電子束與樣品之間的初始相互作用激發的二次電子。SEM 詳細描述了樣品的表面，而 TEM 詳細描述了整個樣品。

由 SEM 成像的花粉

歷史

第一臺電子顯微鏡模型由恩斯特·魯斯卡和馬克斯·克諾爾於 1931 年製造。該初始模型只能放大 400 倍。兩年後，研製出一種能夠比傳統顯微鏡放大倍數更高的電子顯微鏡。1938 年，馬克斯·克諾爾製造了第一臺掃描電子顯微鏡，該顯微鏡由曼弗雷德·馮·阿登納改進，以獲得更好的解析度。

當前應用

電子顯微鏡目前應用於許多領域，例如快速醫療診斷、製藥奈米系統和元件的失效模式分析，但最常用於分子成像。這些技術最近被用於雙鏈 DNA 成像。