1.扫描电镜的历史
发展历史* 1873 Abbe 和Helmholfz 分别提出解像力与照射光的波长成反比。
奠定了显微镜的理论基础。1897 J。
J。 Thmson 发现电子1924 Louis de Broglie (1929 年诺贝尔物理奖得主) 提出电子本身具有波动的物理特性, 进一步提供电子显微镜的理论基础。
* 1926 Busch 发现电子可像光线经过玻璃透镜偏折一般, 由电磁场的改变而偏折。1931德国物理学家Knoll 及Ruska 首先发展出穿透式电子显微镜原型机。
1937 首部商业原型机制造成功(Metropolitan Vickers 牌)。 * 1938 第一部扫描电子显微镜由Von Ardenne 发展成功。
1938~39 穿透式电子显微镜正式上市(西门子公司,50KV~100KV,解像力20~30Å)。1940~41 RCA 公司推出美国第一部穿透式电子显微镜(解像力50 nm)。
*1941~63 解像力提升至2~3 Å (穿透式) 及100Å (扫描式)1960 Everhart and Thornley 发明二次电子侦测器。1965 第一部商用SEM出现(Cambridge)1966 JEOL 发表第一部商用SEM(JSM-1)1958年中国科学院组织研制1959年第一台100KV电子显微镜 1975年第一台扫描电子显微镜DX3 在中国科学院科学仪器厂(现北京中科科仪技术发展有限责任公司)研发成功1980年中科科仪引进美国技术,开发KYKY1000扫描电镜扫描电子显微镜(SEM)是1965年发明的较现代的细胞生物学研究工具,主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态,即用极狭窄的电子束去扫描样品,通过电子束与样品的相互作用产生各种效应,其中主要是样品的二次电子发射。
二次电子能够产生样品表面放大的形貌像,这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的,即使用逐点成像的方法获得放大像。
2.求毕业论文超光学分辨率的NSOM(近场扫描光学显微镜)探讨,的文
高分辨率光学显微术在生命科学中的应用 【摘要】 提高光学显微镜分辨率的研究主要集中在两个方面进行,一是利用经典方法提高各种条件下的空间分辨率,如用于厚样品研究的SPIM技术,用于快速测量的SHG技术以及用于活细胞研究的MPM技术等。
二是将最新的非线性技术与高数值孔径测量技术(如STED和SSIM技术)相结合。生物科学研究离不开超高分辨率显微术的技术支撑,人们迫切需要更新显微术来适应时代发展的要求。
近年来研究表明,光学显微镜的分辨率已经成功突破200nm横向分辨率和400nm轴向分辨率的衍射极限。高分辨率乃至超高分辨率光学显微术的发展不仅在于技术本身的进步,而且它将会极大促进生物样品的研究,为亚细胞级和分子水平的研究提供新的手段。
【关键词】 光学显微镜;高分辨率;非线性技术;纳米水平 在生物学发展的历程中显微镜技术的作用至关重要,尤其是早期显微术领域的某些重要发现,直接促成了细胞生物学及其相关学科的突破性发展。对固定样品和活体样品的生物结构和过程的观察,使得光学显微镜成为绝大多数生命科学研究的必备仪器。
随着生命科学的研究由整个物种发展到分子水平,显微镜的空间分辨率及鉴别精微细节的能力已经成为一个非常关键的技术问题。光学显微镜的发展史就是人类不断挑战分辨率极限的历史。
在400~760nm的可见光范围内,显微镜的分辨极限大约是光波的半个波长,约为200nm,而最新取得的研究成果所能达到的极限值为20~30nm。本文主要从高分辨率三维显微术和高分辨率表面显微术两个方面,综述高分辨率光学显微镜的各种技术原理以及近年来在突破光的衍射极限方面所取得的研究进展。
1 传统光学显微镜的分辨率 光学显微镜图像的大小主要取决于光线的波长和显微镜物镜的有限尺寸。类似点源的物体在像空间的亮度分布称为光学系统的点扩散函数(point spread function, PSF)。
因为光学系统的特点和发射光的性质决定了光学显微镜不是真正意义上的线性移不变系统,所以PSF通常在垂直于光轴的x-y平面上呈径向对称分布,但沿z光轴方向具有明显的扩展。由Rayleigh判据可知,两点间能够分辨的最小间距大约等于PSF的宽度。
根据Rayleigh判据,传统光学显微镜的分辨率极限由以下公式表示[1]: 横向分辨率(x-y平面):dx,y=■ 轴向分辨率(沿z光轴):dz=■ 可见,光学显微镜分辨率的提高受到光波波长λ和显微镜的数值孔径N.A等因素的制约;PSF越窄,光学成像系统的分辨率就越高。为提高分辨率,可通过以下两个途径:(1)选择更短的波长;(2)为提高数值孔径, 用折射率很高的材料。
Rayleigh判据是建立在传播波的假设上的,若能够探测非辐射场,就有可能突破Rayleigh判据关于衍射壁垒的限制。 2 高分辨率三维显微术 在提高光学显微镜分辨率的研究中,显微镜物镜的像差和色差校正具有非常重要的意义。
从一般的透镜组合方式到利用光阑限制非近轴光线,从稳定消色差到复消色差再到超消色差,都明显提高了光学显微镜的成像质量。最近Kam等[2]和Booth等[3]应用自适应光学原理,在显微镜像差校正方面进行了相关研究。
自适应光学系统由波前传感器、可变形透镜、计算机、控制硬件和特定的软件组成,用于连续测量显微镜系统的像差并进行自动校正。 一般可将现有的高分辨率三维显微术分为3类:共聚焦与去卷积显微术、干涉成像显微术和非线性显微术。
2.1 共聚焦显微术与去卷积显微术 解决厚的生物样品显微成像较为成熟的方法是使用共聚焦显微术(confocal microscopy) [4]和三维去卷积显微术(three-dimensional deconvolution microscopy, 3-DDM) [5],它们都能在无需制备样品物理切片的前提下,仅利用光学切片就获得样品的三维荧光显微图像。 共聚焦显微术的主要特点是,通过应用探测针孔去除非共焦平面荧光目标产生的荧光来改善图像反差。
共聚焦显微镜的PSF与常规显微镜的PSF呈平方关系,分辨率的改善约为■倍。为获得满意的图像,三维共聚焦技术常需使用高强度的激发光,从而导致染料漂白,对活生物样品产生光毒性。
加之结构复杂、价格昂贵,从而使应用在一定程度上受到了限制。 3-DDM采用软件方式处理整个光学切片序列,与共聚焦显微镜相比,该技术采用低强度激发光,减少了光漂白和光毒性,适合对活生物样品进行较长时间的研究。
利用科学级冷却型CCD传感器同时探测焦平面与邻近离焦平面的光子,具有宽的动态范围和较长的可曝光时间,提高了光学效率和图像信噪比。3-DDM拓展了传统宽场荧光显微镜的应用领域受到生命科学领域的广泛关注[6]。
2.2 选择性平面照明显微术 针对较大的活生物样品对光的吸收和散射特性,Huisken[7]等开发了选择性平面照明显微术(selective plane illumination microscopy,SPIM)。与通常需要将样品切割并固定在载玻片上的方式不同,SPIM能在一种近似自然的状态下观察2~3mm的较大活生物样品。
SPIM通过柱面透镜和薄型光学窗口形成超薄层光,移动样品获得超薄层照明下切片图像,还可通过可旋转载物台对样品以不同的观察角度扫描成像,从而实现高质量的三维图像重建。因为。
3.扫描电镜,透射电镜
我以前也毕设也做过电镜,是大肠杆菌的细胞表面的纳米金属颗粒,扫描电镜,透射电镜两个都做了。最后写论文的时候就用了扫描电镜的图,你说看主要做形貌,凡是需要看物质表面形貌的,都可以用扫描电镜,不过要要注意扫描电镜目前分辨率,看看能否达到实验要求。
两种测试手段的适用情况
凡是需要看物质表面形貌的,都可以用扫描电镜,不过最好的扫描电镜目前分辨率在0.5~1nm左右。如果需要进一步观察表面形貌,需要使用扫描探针显微镜SPM(AFM,STM).
如果需要对物质内部晶体或者原子结构进行了解,需要使用TEM. 例如钢铁材料的晶格缺陷,细胞内部的组织变化。当然很多时候对于nm 材料的形态也使用TEM观察。
区别
扫描电镜观察的是样品表面的形态,而透射电镜是观察样品结构形态的。一般情况下,透射电镜放大倍数更大,真空要求也更高。
扫描电镜可以看比较“大”的样品,最大可以达到直径200mm以上,高度80mm左右,而透射电镜的样品只能放在直径3mm左右的铜网上进行观察。
4.扫描电子显微镜的工作原理
扫描电子显微镜的工作原理:
扫描电子显微镜的制造依据是电子与物质的相互作用。
扫描电镜从原理上讲就是利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描,激发出各种物理信息。通过对这些信息的接受、放大和显示成像,获得测试试样表面形貌的观察。
当一束极细的高能入射电子轰击扫描样品表面时,被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子,以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时可产生电子-空穴对、晶格振动(声子)、电子振荡(等离子体)。
扩展资料:
研发历程:
1873 Abbe 和Helmholfz 分别提出解像力与照射光的波长成反比。奠定了显微镜的理论基础。
1931德国物理学家Knoll 及Ruska 首先发展出穿透式电子显微镜原型机。
1938 第一部扫描电子显微镜由Von Ardenne 发展成功。
1959年第一台100KV电子显微镜 1975年第一台扫描电子显微镜DX3 在中国科学院科学仪器厂(现北京中科科仪技术发展有限责任公司)研发成功。
参考资料来源:搜狗百科——扫描电子显微镜