電子顯微鏡基本概念

電子顯微鏡是根據電子光學原理，用電子束和電子透鏡代替光束和光學透鏡，使物質的細微結構在非常高的放大倍數下成像的儀器。
電子顯微鏡的分辨能力以它所能分辨的相鄰兩點的最小間距來表示。20世紀70年代，透射式電子顯微鏡的分辨率約為0.3奈米(人眼的分辨本領約為0.1毫米)。現在電子顯微鏡最大放大倍率超過300萬倍，而光學顯微鏡的最大放大倍率約為2000倍，所以通過電子顯微鏡就能直接觀察到某些重金屬的原子和晶體中排列整齊的原子點陣。
1931年，德國的克諾爾和魯斯卡，用冷陰極放電電子源和三個電子透鏡改裝了一台高壓示波器，並獲得了放大十幾倍的影像，證實了電子顯微鏡放大成像的可能性。1932年，經過魯斯卡的改進，電子顯微鏡的分辨能力達到了50奈米，約為當時光學顯微鏡分辨本領的十倍，於是電子顯微鏡開始受到人們的重視。
到了二十世紀40年代，美國的希爾用消像散器補償電子透鏡的旋轉不對稱性，使電子顯微鏡的分辨本領有了新的突破，逐步達到了現代水平。在中國，1958年研製成功透射式電子顯微鏡，其分辨本領為3奈米，1979年又製成分辨本領為0.3奈米的大型電子顯微鏡。
電子顯微鏡的分辨本領雖已遠勝於光學顯微鏡，但電子顯微鏡因需在真空條件下工作，所以很難觀察活的生物，而且電子束的照射也會使生物樣品受到輻照損傷。其他的問題，如電子槍亮度和電子透鏡質量的提高等問題也有待繼續研究。
分辨能力是電子顯微鏡的重要指標，它與透過樣品的電子束入射錐角和波長有關。可見光的波長約為300～700奈米，而電子束的波長與加速電壓有關。當加速電壓為50～100千伏時，電子束波長約為0.0053～0.0037奈米。由於電子束的波長遠遠小於可見光的波長，所以即使電子束的錐角僅為光學顯微鏡的1％，電子顯微鏡的分辨本領仍遠遠優於光學顯微鏡。
電子顯微鏡由鏡筒、真空系統和電源櫃三部分組成。鏡筒主要有電子槍、電子透鏡、樣品架、螢光屏和照相機構等部件，這些部件通常是自上而下地裝配成一個柱體；真空系統由機械真空泵、擴散泵和真空閥門等構成，並通過抽氣管道與鏡筒相聯接；電源櫃由高壓發生器、勵磁電流穩流器和各種調節控制單元組成。
電子透鏡是電子顯微鏡鏡筒中最重要的部件，它用一個對稱於鏡筒軸線的空間電場或磁場使電子軌跡向軸線彎曲形成聚焦，其作用與玻璃凸透鏡使光束聚焦的作用相似，所以稱為電子透鏡。現代電子顯微鏡大多采用電磁透鏡，由很穩定的直流勵磁電流通過帶極靴的線圈產生的強磁場使電子聚焦。
電子槍是由鎢絲熱陰極、柵極和陰極構成的部件。它能發射並形成速度均勻的電子束，所以加速電壓的穩定度要求不低於萬分之一。
電子顯微鏡按結構和用途可分為 透射式電子顯微鏡、掃描式電子顯微鏡、反射式電子顯微鏡和發射式電子顯微鏡等。
透射式電子顯微鏡常用於觀察那些用普通顯微鏡所不能分辨的細微物質結構；掃描式電子顯微鏡主要用於觀察固體表面的形貌，也能與X射線衍射儀或電子能譜儀相結合，構成電子微探針，用於物質成分分析；發射式電子顯微鏡用於自發射電子表面的研究。
投射式電子顯微鏡因電子束穿透樣品後，再用電子透鏡成像放大而得名。它的光路與光學顯微鏡相仿。在這種電子顯微鏡中，影像細節的對比度是由樣品的原子對電子束的散射形成的。樣品較薄或密度較低的部分，電子束散射較少，這樣就有較多的電子通過物鏡光欄，參與成像，在影像中顯得較亮。反之，樣品中較厚或較密的部分，在影像中則顯得較暗。如果樣品太厚或過密，則像的對比度就會惡化，甚至會因吸收電子束的能量而被損傷或破壞。

CorrSight™ - For Optimizing CLEM Experiments

FEI 為光學和電子顯微鏡（CLEM）發布一套解決方案 ，來自 FEI 的這套 CLEM 在幾分鐘內從不同成像技術中自動存取數據，給細胞生物學家需要的精確信息。科學家相信從細胞到分子水平的相關信息都將會導致巨大的發現出現，如提高對諸如癌症、AIDS、帕金森等疾病的了解及治療。
電子顯微鏡能比光學顯微鏡提供更高的影像分辨率，約是其1000倍或更多。光學顯微鏡可以提供各種各樣的技術，如螢光標記，該技術可以在大的複雜環境如一個細胞內辨識單個分子或結構。兩個技術間的相關性讓科學家可以用光學顯微鏡發現目標，再用電子顯微鏡探究其形式及功能。相關顯微鏡讓研究者能以更快的速度在電鏡下發現目標物的特徵，得到其結構亞分子級的更多信息、理解大的複雜結構與特徵間的關係。
“光學顯微鏡包含了各種技術與方法，對於相關每個技術都有不同要求，單一工作流不能滿足所有要求，我們開發了一系列工作流，它們足夠靈活能覆蓋大部分應用，隨著科學的發展我們將致力於擴大覆蓋面。” FE I生命科學部門的總經理級副總裁說。

FEI 提供的相關顯微鏡解決方案包括:
Tecani 和 iCorr-全整合的工作流，光學顯微鏡整合進透射電子顯微鏡的柱中。
CorrSight 是一個先進的光學顯微鏡，專用於相關實驗的不同步驟，確保研究者能進行活細胞動態成像以及為電子顯微鏡快速的固定這些細胞。MAPS 是一個軟體，它允許電子顯微鏡影像和經過簡單的調整後其他來源的影像可以相關觀察。

俄勒岡健康科學大學的 Joe Gray 教授說：“科學家想要了解我們在細胞和組織中看到的那些構成大分子過程的分子活動和相互作用。這些需要整合來自多個分辨率級別的信息，例如，在特定微環境下的細胞的超微結構分析。iCorr 系統讓我們能用螢光顯微鏡快速螢光染色感興趣細胞，隨後再用電子顯微鏡觀察分子結構的細節。”
蘇黎世聯邦理工學院的電鏡主管 Roger Wepf 補充說：“利用 CorrSight，電子顯微鏡的樣品製備可以和光學顯微鏡相整合。我們在 CorrSigh t光學顯微鏡平台上找到目標結構，接著將樣本轉到電子顯微鏡上，點幾下滑鼠直接定位目標。這恰是我們以前所沒有的，它減少了手動、乏味的工作，提高了可重複率。CrorrSight 和 MAPS 將打開新的應用，以前這是不可能的事。”
Hubert 補充說：“在這點上，我們僅僅對相關顯微鏡的潛力有所了解。它將會為生物系統的結構和功能之間的相互作用打開新的研究途徑。FEI 通過開發相關工作流致力於擴大這一應用的空間。 ”

原廠網址：http://www.fei.com/applications/life-sciences/correlative-microscopy-solutions/corrsight.aspx

電子顯微鏡技術的新突破

近日，美國勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Lab ）的一則新聞引起了世界範圍內的密切關注，相關的報導被一百多家國際新聞機構廣泛轉載和評論。該新聞報導了一篇最新發表的關於測定單個蛋白分子3D空間結構方法的論文。論文的兩名作者分別是勞倫斯伯克利國家實驗室研究員任罡博士和張磊博士。為了證明該方法的實用性，他們分別測定了人體抗體蛋白以及高密度脂蛋白的單個分子的 3D 密度圖，並取得了迄今為止最高分辨率的單個蛋白分子的 3D 結構。這一結論，打破了近半個世紀以來人類科研史上“ 單個蛋白分子的有效 3D 結構不可能獲得” 的偏見。該方法有望成為解決多形態的蛋白分子結構測定難題的基本方法。該方法通過對逐個確定的單個蛋白 3D 結構差異進行比較，來研究蛋白質的結構關節，而這些結構關節的信息對生物藥物的結構設計有著及其重大的意義。
一般而言，對於蛋白質結構的測定，主要的科研方法包括 X 光衍射法、核磁共振譜法，以及傳統的單顆粒電子顯微鏡重構。但這些方法需要獲取成千上萬的結構全相同或不能落差過大的蛋白質分子信號或影像來完成，受蛋白質是否結晶、分子量過大或結構是否單一等條件製約，研究人員無法獲得任意單個蛋白質個體分子的 3D 結構，從而無法獲得蛋白質的結構關節信息，直接影響對與之密切相關的功能理解。任罡和張磊博士發展了一套測定任意單個蛋白質個體分子的 3D 結構方法，稱之為“Individual-Particle Electron Tomography （單個體蛋白電子顯微斷層成像技術，即IPET ）” 。這是一種利用電子顯微斷層成像技術有機地結合獨立開發的 3D 結構重構算法研究蛋白質個體分子結構的技術。該項技術的論文發表在2012 年1月24日出版的PLoS ONE 期刊，題目為《IPET and FETR: Experimental Approach for Studying Molecular Structure Dynamics by Cryo-Electron Tomography of a Single-Molecule Structure 》。

單個高密度脂蛋白分子的 3D 重構過程。(A) 從不同角度下拍下ApoA-1影像，再以     ApoA-1 開始利用電腦增強（預測）明確的信號，將不同角度的影像進行重建 3D 影像，以及最終結果的側面圖；(B) 最終 3D 重構結果的放大影像；(C) 分析表明粒子形成的結構是由三個ApoA-1蛋白（紅，綠，藍的像麵條模型）。（DEF）另一個高密度脂蛋白的 3D 結構重構過程。

此動畫顯示了抗體#1的三個分子如何動態地變化到抗體#2的狀態。
對單個蛋白結構的確定，使得人們可以通過觀察同一種蛋白質的不同形態，得到該種蛋白在自然狀態下的動態關節；更使得人類研究生物大分子的活性以及結構-功能關係成為可能。為證實這一可能，任罡和張磊博士對兩個IgG 抗體的 3D 結構進行了比較，並利用影片進行了演示，此影片顯示了抗體一號的三個分子如何動態地變化到抗體二號的狀態。
“這好比打開了一道門，一道通往研究蛋白動態性的大門，”任罡博士說，“ IPET 算法的發表，以及我們正在著手準備的一系列IPET 應用的文章，無疑將標誌著電子顯微鏡在生物大分子動態形態結構研究領域的一場革命的開始。一個新時代即將被開啟！”

該論文詳細描述了 IPET 的流程細節和重構算法具體步驟，陳述了可以突破電子斷層成像方法重構的分辨率極限理論證據，並分析了各種實驗誤差影響和探討了傳統算法的局限性及其對 3D 重構分辨率的影響，從而證明了傳統所認為的“單個蛋白分子信號不足以重構有結構意義的 3D 空間密度圖”這一觀點的片面性。為了證明該方法對真實實驗影像處理的實用性，任罡和張磊博士在實驗中對兩種蛋白質的四個單獨的個體分子進行了迄今為止最高分辨率的 3D 結構測定。該研究成果被多名專家評價為具有開拓性的方法論，而論文的發表對蛋白個體分子的 3D 結構測定和蛋白質動態結構的研究具有里程碑式的意義。
任罡博士自 1990 年開始師從中國著名的理論物理學家"段一士教授"於蘭州大學物理系攻讀碩士學位，自1993 年師從中國著名的高分辨電子顯微學創始人、準晶體的獨立發現人之一的"郭可信院士"於北京科技大學材料物理系攻讀博士學位。攻讀博士學位期間，任罡博士同時跟隨從英國劍橋大學留學歸國的彭練矛教授（北大教授、國際電子晶體學學會會長）從事博士論文及相關的科研工作。此期間的學習和獲得的培訓使任罡博士具備了堅實的高分辨電子顯微學理論基礎和實驗技巧。1997 年任罡博士赴美，在美國加州聖地亞哥Scripps 研究所細胞生物學系的 Alok Mitra 研究小組從事AQP1 水通道膜蛋白的電子晶體學博士後研究；在2001 年初測定了該水通道膜蛋白的原子結構，該項研究對2003 年獲諾貝爾化學獎的研究工作給予了有力支持，引起轟動，並被科學時報等新聞媒體廣泛報導。
2006 年任罡博士在美國加州大學舊金山分校成立了自己的獨立研究小組，主攻人體脂蛋白結構的冷凍電子顯微鏡研究。在此期間，他曾利用單顆粒平均方法獲取了低密度脂蛋白的 3D 結構，該成果引起了業內廣泛關注，相關的論文被發表於2010 年的PNAS 期刊。自2008 年底張磊博士的加入開始，任罡博士科研小組將研究方向轉向了單個蛋白質個體分子的 3D 重構方法論，力圖攻克高動態性蛋白的結構研究瓶頸。任罡和張磊博士憑藉出色的電子顯微鏡操作技術、堅實的物理學背景、嫻熟的數學技巧和電腦編程能力，以及夜以繼日的勤奮工作，使研究取得了突破性的進展。不僅首次從實驗中獲得了分子量極低（小於200 kDa ）、尺寸極小（小於20 nm ）的人體高密度脂蛋白的冷凍電子顯微斷層影像；而且利用自主開發的電腦軟體演算法，極大地降低了影像的噪點及不穩定性，在人類對蛋白質研究歷史上，首次獲得了單個分子的高分辨的 3D 重構圖。  
與光波波長相比，電子的波長更短，使得利用電子成像的透射電子顯微鏡可以觀察到原子水平的物質細節。任罡博士科研小組主要利用冷凍電子顯微鏡技術，在零下180 度左右的低溫下製備並檢測樣品。在此溫度下，液態樣品會被快速冷凍到非晶態冰狀態，樣品最終被固定在直徑約 3mm 的金屬網上非晶碳膜的孔洞中，然後被快速放置於電子顯微鏡真空腔內。斷層掃描像是通過傾轉（如從+70 °到-70 °，以1 °間隔傾轉）取得整個樣品。由於蛋白質的尺寸極小，為了保證成像區域在整個過程中不會偏離，電鏡的各種參數必須進行精確的調製。“這就好比將要轉動的樣品載體放大到整個地球一樣的大小，你要跟踪觀察的蛋白的尺寸就如地球上的一個戒指大小，而照相的過程就像在操作整個地球的轉動，必須保證地球上的這個戒指大小的物體始終保持在觀察視野的中心。”任罡博士如是說。在成像過程中，機械的震動、環境的噪音、溫度的變化，甚至包括冷凍槽中維持低溫用的液氮中的氣泡的震動，都要被最大限度地降低，將其引起的機械誤差控制在一個微米的範圍內才有可能得到一套完整的數據。
   液氮低溫不僅可以使蛋白樣品被固定在非晶態冰中保持其在自然中的結構狀態，還可以使樣品在低電子輻照下更好地成像，從而保證蛋白在大約1-2 個小時的傾轉成像過程中完好無損。

任罡（後一）與張磊在操作電子顯微鏡
背景：勞倫斯伯克利國家實驗室毗鄰於美國著名的加州大學伯克利分校，隸屬於美國國家能源部，是一所擁有十三位諾貝爾獎得主、五十七名美國科學院院士、四千兩百多名科研人員的國家級科研機構。該實驗室與業內研究機構相互合作、人員儀器交流廣泛。

文章來源：http://newscenter.lbl.gov/feature-stories/2012/01/24/3d-protein/

TESCAN推出第一款等離子聚焦離子束掃描電鏡FERA3 XMH

TESCAN是掃描電子顯微鏡、聚焦離子束工作站世界領先的製造商，新推出高分辨率肖特場發射掃描電子顯微鏡FERA3 XMH，同時完全集成了等離子源聚焦離子束掃描電子顯微鏡。這個系統是與法國的Orsay Physics公司合作開發的。
使用等離子氙氣源做聚焦離子束，使得FERA3能夠滿足高分辨率FIB的需求（圖像、精細研磨、拋光），同時還能滿足超快材料去除率的高離子流要求。離子束的分辨率<100 nm，最大Xe離子流>1 µA。
與現有使用鎵源的FIB技術相比，PFIB矽材料去除速率超過它們的30X。基於這個原因，FERA 3 XMH非常適合於大面積材料的去除、尤其在利用TSV技術的半導體包裝領域。
TESCAN將會在今年為MiQro Innovation Collaborative Centre (C2MI提供第一個系統，這個系統將用於集成電路的包裝檢驗。
FERA 3 FIB-SEM工作站整合了電子、離子束，為表徵分析的終端用戶提供大大的好處。一般來說，這種系統可以用來進行電路編輯、3D測量、缺陷分析和故障分析。
TESCAN是科學儀器的領先供應商，同時以它的創新和開放出名，和研究者一同工作，為他們的特定需要定制服務。公司成立於1991年，通過ISO認證。有超過1000台TESCAB電鏡和離子束工作站分佈世界各地。
Tescan has launched the FERA3 XMH - a high resolution Schottky Field Emission scanning electron microscope with a fully integrated Plasma source focused ion beam. The system has been developed in co-operation with the French company Orsay Physics.
Configuration Possibilities
FERA3 XMH Plasma FIB-FESEM can be configured with the following systems:
• Gas Injection Systems
• Nano- Manipulators
• Detectors including SE detector, BSE detector, Secondary Ion detector, Cathodoluminescence detector, EDX, and EBSD microanalyzers
The use of a Xenon plasma source for the focused ion beam allows the FERA3 to satisfy high resolution FIB requirements (imaging, fine milling/polishing), as well as achieving high ion currents needed for ultra-fast material removal rates. The resolution of the plasma ion beam is <100 nm and the maximum Xe ion current is  > 1 µA. Compared to existing FIB technologies with gallium sources, the material removal rate achievable for silicon with the Plasma FIB is over 30x faster. For this reason the FERA3 XMH is well suited for applications requiring the removal of large volumes of material, particularly in the semiconductor packaging corridor where TSV technology is being utilized.

電子顯微鏡的原理和分類

l   電子顯微鏡的原理

因此理論上，電子顯微鏡所具有的分辨率並不可靠。因為普通光學顯微鏡的放大倍數和分辨率有限，無法觀測到微小物體。電子顯微鏡是一種電子儀器設備，可用來詳細研究電子發射體表面電子的放射情形。10-7 厘米（約為原子直徑的兩倍）。200 ～200 000 倍，再經照相放大可達1000 000 倍。1 ）發射型。2 ）電磁、靜電掃描型。1924 年法國物理學家德布洛意指出電子和其他的粒子也都具有和光類似的波動性質。

λ=/(mv) 式中m 是粒子的質量而v 是它的速度，h 如果在光學顯微鏡中被觀察物的大小比光波波長還小的話，人們就不能分辨出來。既然正確，也就告訴人們：雖然電子是一種可稱重量，可數數目，可以被電子槍發射的粒子，但它同時又是一種波。是普朗克常數。λ的三分之一作為限度，光波波長約在6×10-5 厘米左右，它的三分之一就是2×10-5 把電子加速的辦法是在真空中加上若干萬伏的高電壓，電子就會以極快的速度射出，其波長可能會達到厘米了。4×10-5 厘米這樣短的長度，也就是說，電子顯微鏡可以看到1.4×10-10cm 而最新的顯微鏡用的卻不是電子顯微鏡，而是離子顯微鏡藉以達到更短的波長，米勒曾經利用氦的離子顯微鏡成功地拍攝到金屬表面的單獨分子運動。當然，在電子顯微鏡中不會這樣簡單，它要涉及電子射線通過物體產生不同的散射而造成明暗不同的影響。而一些特別好的電子顯微鏡，甚至可以觀察到一些巨分子的結構！我們把一片待觀察的物體，例如一片很薄的晶體，放在電子顯微鏡中，電子束就會射向這片物體上，在一塊熒光幕上就會得到一個放大的影像。但無論如何，電子顯微鏡已可以放大五萬倍以上；而有些精良到可將物體放大十萬倍。這樣小的物體。

l   電子顯微鏡的分類

1 、 透射電鏡(TEM)

樣品必須製成電子能穿透的，厚度為100 ～2000 Å 放大後的電子像在熒光屏上顯示出來。的薄膜。1 透射電子顯微鏡的光路示意圖是其光路示意圖。TEM 的分辨本領能達3 Å 左右。

(1) 超高壓電鏡(HVEM)  是一種TEM ，不過常用的TEM 加速電壓為100 kV 電子的穿透能力隨。 b 2 ＝v2/c2 ( 電子速度與光速之比) 而增。b 2 在500 kV 以上增加得就很慢了。200 kV 、300 kV 和1000 kV 的商品電鏡。3000 kV 的特製電鏡。HVEM 除加速筒以外與一般TEM 相似，只是尺寸放大了。1000 kV 高能量的電子能造成樣品中的輻射損傷，這對研究材料輻射損傷的微觀機理帶來極大的方便。的電鏡有兩層樓高。

(2) 高分辨電鏡(HREM)  提高加速電壓，使電子波長更短，能提高分辨本領。70年代初超高壓電鏡主要針對提高穿透率。70 年代末至80 年代初技術上的提高帶來了200 kV 、300 kV 的高分辨商品電鏡及個別500 kV 、600 kV 和1000 kV 的HREM 。2 Å 左右。1.5 Å 。HREM 主要用於觀察無機材料中的原子排列。

2 、掃描電鏡(SEM)

  主要用於直接觀察固體表面的形貌, 其原理如圖2 朝向探測器的部分發出的次級電子被集收得多，就顯得亮，反之就顯得暗，由此產生陰陽面、富有立體感的圖像。電子束在它所到之處激發出次級電子，經探測器收集後成為信號，調製一個同步掃描的顯像管的亮度，顯示出圖像。掃描電子顯微鏡的原理圖所示。SEM 的分辨本領比電子束斑直徑略大。SEM 的分辨本領能達60 Å 。

3 、掃描透射電鏡(STEM)

成像方式與掃描電鏡相似，不過接收的不是次級電子而是透射電子（包括部分小角散射電子）。STEM 的分辨本領與電子束斑直徑相當。STEM 用高亮度場致發射電子槍（要求10-10 託的超高真空）。3 Å 。STEM 已觀察到輕元素支持膜上的單個重原子。X 射線或者用電子能量損失譜）。TEM 可以帶有STEM 附件, 不過因為沒有高亮度場致發射槍，所以只能將束斑縮到幾十埃。100 Å 範圍內的結構和成分分析。“ 分析電鏡” 。

按各種電鏡分別敘述

1 、透射電鏡

TEM 襯度的形成, 散射角越大，聚焦點離軸越遠物鏡後焦面是起重要作用的部位。, 如果樣品是一個晶體, 在後焦面上出現的是一幅衍射圖樣。“ 高空間頻率” 它截取那一部分電子不但對襯度，而且對分辨本領有直接的影響。）對應的衍射束被聚焦在離軸遠處。

用光闌截去部分散射電子會使樣品上厚的部分或重元素多的部分對電子散射的機率大。“ 質量厚度” 散射吸收大的部位在像中顯得暗。( 指被光闌擋住) 至於晶體樣品的衍襯像和高分辨的點陣像的襯度來源，見點陣像和電子衍襯像。襯度是最早被人們所認識和利用的襯度機制。

2 、掃描電鏡

除次級電子外，用背散射電子（經過多次散射後又從試樣表面出來的入射電子）成像可辨別原子序數的差別。X 用電子溝道效應可得出晶體取向信息。射線成像可辨別元素分佈。

掃描透射電鏡與TEM 之間有一個倒易關係。STEM 中入射電子的孔徑角與一個TEM 中出射電子的孔徑角相等,STEM 的出射孔徑角也與TEM 的入射孔徑角相等，那麼兩者圖像的反差就相同。

電子顯微鏡的類型

1. 透射電子 顯微鏡 （ Transmission Electron Microscope, TEM ） 

透射電鏡是應用最廣泛的一種電子 顯微鏡 , 佔使用電鏡的 80% ，其分辨率 , 放大倍率及各項性能比其它類型電鏡高 , 透射電鏡是用電子束照射標本 , 用電磁透鏡收集穿透標本的電子 , 並放大成像 , 用以顯示物體內部超微結構的裝置 . 透射電鏡所產生的圖像是平面的 . 它的分辨率可達 0.2 nm. 放大倍數可達 40 —100 萬倍 . 它要求樣品極薄，因此樣品必須製備成 50 —— 70nm 的超薄切片。

2. 掃描電子 顯微鏡 （ Scanning Electron Microscope, SEM ）

掃描電子 顯微鏡 是利用細電子束在樣品上逐點逐行進行掃描 , 收集樣品產生的某種信號 , 對樣品表面的形態進行觀察的裝置 . 由光鏡或 TEM 所產生的圖像是平面的 , 而掃描電鏡能觀察樣品表面凸凹不平的結構 , 得到立體的 . 富有真實感的圖像 . 如 : 細胞表面的微絨毛 . 纖毛 . 偽足等 . 還可以觀察冷凍斷裂的組織內部結構 . 掃描電子 顯微鏡 的分辨率可達 0.3 nm, 放大倍數可達 20 萬倍 . 掃描電鏡的特點和應用如下它主要是利用二次電子成像。

掃描電鏡之所以能夠在許多領域內得到廣泛的應用，主要是掃描電鏡有許多突出的優點：

（ 1 ）掃描電鏡能直接觀察較大體積樣品表面的三維立體結構，具有明顯的真實感，這彌補了透射電鏡的不足，因為透射電鏡分辨率雖高，但樣品必須是薄切片，因而只能觀察物體的二維平面結構。 正因為如此，所以掃描電鏡在工業上應用非常廣泛。

（ 2 ）放大範圍很寬，可以從 10 倍到 20 即使在高倍觀察時，也能獲得足夠清晰的圖像。萬倍之間連續變化。

（ 3 因此，樣品處理比透射電鏡要簡單得多。）樣品製備非常方便，如果是金屬導電樣品，直接就可以觀察，如是非導電材料，只要鍍上一層導電金屬碳膜，就可以觀察。

（ 4 因此，觀察和照相都很方便。）當透射電鏡的放大倍數增加時，透鏡的焦深和景深隨之減少，而掃描電鏡在放大倍數變化時焦距不變，景深也基本不變。

（ 5 ）便於對樣品進行綜合分析，如果同 EDX 、 Anger 電子譜及電子衍射等儀器結合，即構成分析電鏡，可在觀察形態結構的同時進行化學元素的成份分析。

（ 6 ）由於掃描電鏡的圖像不是透鏡形成的幾何光學圖像，而是按照信號順序依次記錄的，因此，不僅可以避免透鏡成像的缺陷，而且有利於圖像分析與處理，把圖像信號記錄在磁帶或磁盤上，便於以後需要時再現或用計算機進行圖像處理，進一步提高圖像質量。

3. 高分辨率的掃描透射電鏡（ STEM ）

高分辨率的掃描透射電鏡是 20 世紀 70 年代初期由美國芝加哥大學首先研製出來的一種新型電鏡。

其工作原理居於掃描電鏡和透射電鏡之間，既有掃描電鏡和透射電鏡的優點，又彌補了它們各自的缺陷，目前廣泛使用的 STEM 主要分兩類。

（ 1 ）超高真空的場發射式電鏡 利用場發射電子槍可以獲得很高的亮度，可獲得的分辨率為 0.2 —0.3nm, 但這種場發射電子槍必須處於超高真空，真空度達 已接近透射電鏡的分辨率。13.33 × 10-9 pa（ 10-10mmHg 但造價也極高。以上），燈絲是單晶鎢針尖，這是一種最具發展前途的電鏡。

（ 2 ）附加在透射電鏡或掃描電鏡上的 STEM

這種 STEM 為附件型，一般附加在 SEM 或 TEM 如是透射電鏡附件型 上，其分辨率較低。, 分辨率可達1 — 1.5nm, 如是掃描電鏡附件型分辨率一般只有 4--6nm. 這種附件型 STEM 主要用於 X 射線能譜、波譜分析或電子損失譜分析，用以觀察元素的分佈圖。

4. 高壓電子 顯微鏡

高壓電子 顯微鏡 通常是指加速電壓為 200kv 以上的透射電子 顯微鏡首先是由法國建成的，。 。1MV 高壓電鏡的優點很多，其一，因為應用了超高壓，所以可以獲得高能電子束。高壓電鏡的基本原理與常規投射電鏡相似，但體積卻要大的多，一般相當於兩三層樓房那樣高，結構也很複雜。。100kv 電鏡中的樣品厚度一般不超過 100 nm ，而 1000kv 高壓電鏡中的樣品厚度可接近 10um.. 其三，高壓電鏡的樣品室一般為環境樣品室，因而有可能觀察活體生物樣品，這對生物醫學研究有著廣闊的前景 其二，因為高壓電鏡的景深很長，所以用高壓電鏡觀察時，厚樣品中不同平面的細節均可清楚地成像在同一平面上，有利於立體像的拍攝，便於獲得更豐富的三維結構信息。因此，對樣品製備非常有利，特別是觀察難以製成超薄切片的金屬樣品極為方便。但高壓電鏡價格很高，維護困難，一般只在國家級的研究中心應用。目前已取得了一些成果，如培養細胞、血細胞方面的研究。。

5. 低壓電子 顯微鏡

因而人們提出了使樣品輻射損傷降低而反差增強的低壓電鏡。高壓電鏡的電子束具有很強的穿透力，因而能使樣品減少輻射損傷並能提高分辨率，但高壓電鏡使樣品的反差明顯減弱，這對生物樣品大為不利。3kv 時獲 得 1nm 透射型低壓電鏡目前很少應用，主要是在 的分辨率。SEM 上配置低壓裝置，稱高分辨率低壓掃描電鏡。

6. 環境掃描電子 顯微鏡

因而，限制了電鏡在生物醫學中的應用。這種研究方法觀察到的生物樣品結構是死的、非實時的。在環境掃描電鏡出現以前，電鏡研究用的生物樣品均要經過脫水、樹脂包埋等處理，以使電鏡光源——電子束在高真空中穿透樣品而成像。1995 年國外推出了樣品室壓力在 666.67 —— 1333.33Pa(5 — 10mmHg) 常壓下的環境掃描電鏡，可在幾乎接近常壓下觀察生物樣品，可以觀察活體生物成長發育時的超微結構變化。

7. 新型的電子 顯微鏡

掃描隧道 顯微鏡 、原子力 顯微鏡 ，這兩種 顯微鏡 是開展納米科學研究的新型的納米級 顯微鏡 。