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1、單擊此處編輯母版標題樣式,編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,電子顯微鏡,電子顯微鏡概述,宏觀,微觀,年份,科學家,國籍,獎項,貢獻,1929,路易,德布羅意,法國,物理,發現電子的,波動性,1936,彼得,德拜,荷蘭,化學,電子的衍射的研究來了解分子結構,1937,克林頓,約瑟夫,戴維孫、,喬治,佩吉特,湯姆森,美國、,法國,物理,發現關電子被晶體衍射的現象的實驗發現,1982,阿龍,克盧格,英國,化學,發展了晶體電子顯微術，核酸,-,蛋白質復合物的結構,1986,恩斯特,魯斯卡,德國,物理,設計了第一臺電子顯微鏡,1986,格爾德,賓寧、海因里希,羅雷爾,德國、,瑞士,物理,
2、研制,掃描隧道顯微鏡,2017,雅克,杜波切特、阿姆,弗蘭克、理查德,亨德森,瑞士、德國、英國,化學,冷凍電子顯微鏡用于生物分子的高分辨率結構測定,與電子顯微鏡相關的諾貝爾獎項,電子顯微鏡概述,分辨率,放大,電子顯微鏡概述,分辨率,分離相鄰兩個物體的能力,電子顯微鏡概述,光學顯微鏡,200 nm,透射電子顯微鏡,1 nm,r=,/2,光學顯微鏡，可見光,400-800 nm,則分辨率為,200 nm,那有什么辦法可以提高分辨率？,電子顯微鏡概述,為何是電子？,h,:,普朗克常數,V,:,加速電壓,加速電壓越大，波長越小,如加速電壓為,100 kV,時波長為,0.0037,那么,電子與物質相互作
3、用,主要：,散射（,scattering,）、衍射,（,diffraction,）,散射,是被投射波照射的物體表面曲率較大甚至不光滑時，其二次輻射波在角域上按一定的規律作擴散分布的,現象,衍射,是,指波遇到障礙物時偏離原來直線傳播的物理現象。,彈性散射電子、非彈性散射電子,在碰撞中，如兩粒子間只有動能的交換，粒子的類型及其內部運動狀態并無改變,，稱,為彈性散射,；,如,除有動能交換外，粒子內部狀態在碰撞過程中有所改變或轉化為其他粒子，則稱為,非彈性散射,電子與物質相互作用,彈性散射電子,非彈性散射電子,電子束,背散射電子,是,被固體樣品中的原子核反彈回來的一部分入射電子。其中包括彈性背散射電子
4、和非彈性背散射電子,。,電子與物質相互作用,彈性背散射電子,非彈性背散射電子,電子束,非彈性散射存在能量的損失,電子與物質相互作用,被,散射電子的波長,改變，,損失的能量導致物體內部的某些激發效應，其表現形式可以是,背散射電子、二次電子、俄歇電子、標識和連續,X,射線,、熱輻射、紫外線和可見光區域的光子,等。,電子與物質相互作用的綜合圖，這是電子顯微鏡多種表征技術的基礎。,電子與物質相互作用,透射,電子顯微鏡,是以波長極短的電子束作為照明源，用電磁透鏡聚焦成像的一種具有,高分辨率（,0.2 nm,）、高放大倍數（百萬倍）,的電子光學儀器,透射電子顯微鏡概述,透射電子顯微鏡的概述,透過,樣品后的
5、電子束攜帶有樣品內部的結構信息，樣品內致密處透過的電子量少，稀疏處透過的電子量,多,電子束,透過的電子,樣品,透射電子顯微鏡的概述,某細胞,某病毒,某多糖,某細菌,某細菌,某材料,熱陰極發射的電子，在陽極加速電壓的作用下，高速穿過陽極孔，然后被聚光鏡匯聚成具有一定直徑的束斑照到薄的樣品上。,具有一定能量的電子與樣品發生作用，產生放映樣品多種物理信息。,透射電子顯微鏡工作原理,電子光學系統,：電子槍、聚光鏡、偏轉線圈,成像系統,：物鏡、中間鏡、投影鏡,信號檢測系統,：電子檢測器,觀察記錄系統,：熒光屏、照相室,真空系統,：真空泵,樣品臺,透射電子顯微鏡的組成,高壓裝置,透射電子顯微鏡的組成,電子
6、槍,真空系統,操作控制系統,透射電子顯微鏡的組成,觀察系統,電子光學系統,熱發射,場發射,電子槍,通電加熱或電場，表面產生大量的,熱電子，在,陽極和陰極之間的高壓電場作用下，熱電子加速向陽極方向高速,移動。,發射,表面較大，發射電流難以控制,通過外加電場將電子從槍噴出，縮小了發射表面，,可調節外加電壓控制發射電流,產生、加速及會聚高能量密度電子束流的裝置,鎢燈絲,LaB,6,單晶,電子光學系統,聚光鏡：,是,將電子槍發射出來的電子束流會聚成亮度均勻且照射范圍可調的光斑，投射在下面的樣品,上。,上,方為,強磁場透鏡,，,下方,為,弱磁場,透鏡，電磁透鏡的工作,原理是通過改變聚光透鏡線圈中的電流，
7、來達到改變透鏡所形成的磁場強度的變化，,磁場強度的變化（亦即折射率發生變化）能使電子束的會聚點上下移動，在樣品表面上電子束斑會聚得越小，能量越集中，亮度也越大,成像系統,物鏡,：為放大率很高的短距透鏡，作用是放大電子像,。是,決定透射電子顯微鏡,分辨能力,和成像質量的關鍵,。,中間鏡,：為可變倍的弱透鏡，作用是,對電子像進行二次放大,。通過調節中間鏡的電流，可選擇物體的像或電子衍射圖來進行放大,。,投影鏡,：為高倍的強透鏡，用來,放大中間像,后在熒光屏上成像,。,透射電子顯微鏡工作原理,總放大倍數,=,物鏡,中間鏡,投影鏡,物鏡,50-100,倍,中間鏡,0-20,倍,投影鏡,100-150,
8、倍,總放大倍數在,1000-200,萬倍,上一透鏡的像平面就是下一透鏡的物平面，這樣就能保證經過連續放大的最終像是一個清晰的像。,成像系統,早期采用感光板,現代采用,CCD,成像系統，可以將圖像輸入到計算機的顯示器觀察,兩,個獨立的電源，即電子加速的小電流高電壓，和聚焦與成像系統的大電流低電壓。,要求電源有足夠的穩定性，無論高電壓或高電流的任何波動都會引起像的移動和像面的變化，降低分辨本領。,電源系統,真空系統,避免高速運動電子與空氣分子作用發生電離,整個電子通道從電子槍至照相地板盒都必須置于真空系統之內,電鏡鏡筒內的電子束通道對真空度要求很高，電鏡工作必須保持在,10,-3,-10 Pa,以
9、上的,真空度，,因為鏡筒中的殘留氣體分子,如果與高速電子碰撞，就會產生電離放電和散射電子，從而引起電子束不穩定，增加像差，污染樣品,，并且殘留氣體將加速高熱燈絲的氧化，縮短燈絲壽命,。,獲得,高真空是由各種真空泵來共同配合抽取的。,樣品臺,樣品小而薄，通常采用,3 mm,樣品銅網支撐，網孔、方孔、圓孔，約為,0.0075 mm,樣品室的上下電子束通道各設了一個真空閥，用以在更換樣品時切斷電子束通道，只破壞樣品室內的真空，而不影響整個鏡筒內的,真空,樣品制備方法,超薄切片法,生物組織、軟的無機材料,支持,膜法,粉末狀,樣品的形貌觀察、顆粒粒度測定、結構與成分分析,復型法,金相組織、斷口形貌、第二
10、相形態,晶體薄膜法,樣品,內部的組織、結構、成分,樣品制備方法,1),支持膜法,粉末狀樣品，載在支持膜上，用銅網承載,常用的支持膜材料有醋酸纖維素膜、碳、火棉膠，具有相當好的機械強度，耐高能電子轟擊，且不顯示自身的組織,樣品制備方法,1,）支持膜法,制備步驟：,粉末樣品加入溶劑，在超聲振蕩使之均勻混合,樣品溶液滴在支持膜上,在真空鍍膜機中鍍膜（噴金、,Cr,、碳等）,關鍵：樣品粉末在支持膜上均勻分布，,注意：制備過程無帶入污染物,樣品制備方法,2),復型法,原理：用對電子束透明的薄膜（塑料、氧化物薄膜）,把材料表面或斷口的形貌復制下來的一種間接樣品制備方法,適用范圍：在電鏡中易起變化的樣品,分
11、類：塑料一級復型、碳一級復型、萃取復型,樣品制備方法,2),復型法,碳一級復型,樣品放入真空鍍膜裝置中，在垂直方向上向樣品表面鍍一層厚度為數,10 nm,的碳膜（,2,）。,把樣品放入配好的分離也中進行分離（,3,）。,樣品制備方法,3,),超薄切片法,生物組織樣品,注意：在低溫下、最短時間內取樣，投入固定液，樣品體積不超過,1mm,3,，所取部位具有代表性。,成像與分析,電子與晶體物質作用可以發生衍射，對晶體樣品的成像過程，起決定作用的是樣品對電子的衍射。由樣品各處衍射束強度的差異形成的襯度稱為,衍射襯度,。,透射電鏡的成像可分為：,明場,成像 （觀察材料形貌）,暗場成像 （觀察材料形貌）,
12、選區電子衍射 （觀察晶體結構）,高分辨率成像 （材料形貌與結構）,成像與分析,成像與分析,成像與分析,成像與分析,衍射襯度,晶體薄膜樣品明暗場像的襯度,(,即不同區域的亮暗差別,),，是由于樣品相應的不同部位結構或取向的差別導致衍射強度的差異而形成,的,暗場成像,（中心暗場）,將入射束方向傾斜,2,角度，只允許,某支,衍射束通過物鏡光欄成像,明場,成像,只,允許透射束通過物鏡光欄成像,成像與分析,成像與分析,暗場成像,明場,成像,有該,物質（暗區域）,沒有,該,物質（亮區域）,有該,物質（亮區域）,沒有,該,物質（暗區域）,成像與分析,成像與分析,成像與分析,襯度理論,成像與分析,襯度理論,運
13、動學理論的兩個近似,選區電子衍射,將選區光欄套住物鏡像平面中一特定區域獲得的電子衍射；利于多晶體樣品中選取單個晶粒進行分析,成像與分析,高分辨率成像,觀察一維和二維晶格條紋像,晶體結構中原子或分子配置情況,成像與分析,復習,分辨率與放大,電子與物質相互作用,襯度理論,衍射襯度、質厚襯度,透射束、衍射束,透射電鏡的結構,與電子顯微鏡相關的諾貝爾獎項,年份,科學家,國籍,獎項,貢獻,1929,路易,德布羅意,法國,物理,發現電子的,波動性,1936,彼得,德拜,荷蘭,化學,電子的衍射的研究來了解分子結構,1937,克林頓,約瑟夫,戴維孫、,喬治,佩吉特,湯姆森,美國、,法國,物理,發現關電子被晶體
14、衍射的現象的實驗發現,1982,阿龍,克盧格,英國,化學,發展了晶體電子顯微術，核酸,-,蛋白質復合物的結構,1986,恩斯特,魯斯卡,德國,物理,設計了第一臺電子顯微鏡,1986,格爾德,賓寧、海因里希,羅雷爾,德國、,瑞士,物理,研制,掃描隧道顯微鏡,2017,雅克,杜波切特、阿姆,弗蘭克、理查德,亨德森,瑞士、德國、英國,化學,冷凍電子顯微鏡用于生物分子的高分辨率結構測定,冷凍電子顯微鏡概述,冷凍電子顯微鏡概述,Structures,of the fully assembled Saccharomyces cerevisiae spliceosome before activation.
15、,Science,2018,Structure of the human PKD1-PKD2 complex.,Science,2018,.,Structure of a human catalytic step I spliceosome.,Science,2018,Structure of the Post-catalytic Spliceosome from Saccharomyces cerevisiae.,Cell,2017,Observation of three-component fermions in the topological semimetal molybdenum
16、phosphide.,Nature,2017,Structure of a yeast step II catalytically activated spliceosome.,Science,2017.,Structure,of an Intron Lariat Spliceosome from Saccharomyces cerevisiae.,Cell,2017,Structure of a yeast activated spliceosome at 3.5 angstrom resolution.,Science,2016,冷凍電子顯微鏡概述,冷凍電子顯微鏡概述,冷凍電子顯微鏡概述,冷凍電子顯微鏡概述,電子顯微鏡獲得膜蛋白細菌,視紫紅質的三維結構（圖,a,）,冷凍,電鏡技術獲得了第一張分辨率在原子級別的蛋白質結構圖像,（圖,b,）,2017,年冷凍,電鏡,技術，諾貝爾化學獎,冷凍電子顯微鏡概述,“晝夜節律”的蛋白質復合物,（圖,a,）,與,聽覺相關的壓力變化傳感器,（圖,b,）,寨,卡病毒,（圖,c,）,冷凍電子顯微鏡概述,冷凍電鏡技術,的突破席卷了生物學領域：,代替了傳統,
第七章-透射電子顯微鏡
