电子显微镜如何工作和我们如何节省您的时间和金钱
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显微镜是最常见和最知名的科学仪器之一。它们被用来制作人眼看不见的小物体，更容易看到。
显微镜有几种不同的种类。然而，对这些设备进行分类的最常见方法是基于与样品相互作用的东西，无论是光(或光子)、电子还是探针。这些类别分别被称为光学显微镜、电子显微镜和扫描探针显微镜。
也就是说，你经常看到显微镜根据用来放大图像的波长进行分类。常见的波长包括可见光、紫外线、x射线和电子。例如，如果显微镜使用可见光照射样品，它通常被称为光学显微镜。如果使用荧光，显微镜被称为荧光显微镜。
今天在实验室中使用的最常见的类型是光学显微镜，或光学显微镜，它利用可见光和一系列透镜来实现放大。
电子显微镜它利用电子束作为光源，通常用作光源可替代光学显微镜因为，与可见光相比，电子的波长要短得多。更确切地说，大约短了10万倍。
使用更短的波长提高了分辨率和放大倍率，允许极高的分辨率的物体太小而不能被标准的显微镜方法，如光学显微镜。因此，电子显微镜在一些领域和行业是一个强大的工具，在这些领域和行业中，需要高度详细的成像来了解生物或非生物样品的超微结构(精细结构，特别是细胞内的精细结构，用标准光学显微镜无法看到)。
生命科学中依赖电子显微镜的领域包括结构生物学、药物发现和开发、材料科学、微电子学、纳米技术和法医科学。
电子显微镜技术，类型和成本
电子显微镜使用电子光学透镜系统来获得生物和非生物标本的高分辨率图像。电子枪用来瞄准并向样品释放电子束，样品必须保存在真空密封室中。然后使用静电和电磁透镜控制光束并将其聚焦在特定位置。
尽管电子显微镜有很多好处，但其对比度很差，因此经常使用染色来获得更好的清晰度。不同类型的电子显微镜提供不同的功能。它们已被用于开辟纳米技术等新的研究领域。下面我们将介绍最常见的类型。
透射电子显微镜(TEM)
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利用透射电子显微镜来获取图像，TEM是最常用的电子显微镜之一。其主要组成部分包括:
- 一种光电柱制造技术
- 真空系统
- 聚焦和偏转电子束(以及产生电子束)所必需的电子学
- 图像处理设备
- 光电柱
这个柱子里有一个电子束发生器，也就是通常所说的电子枪。它作为一个电子源，是典型的钨丝阴极。电子束发生器通常连接到冷凝器系统，用于将电子束聚焦到物体上进行成像和分析。
真空系统
由于电子很小，很容易被碳氢化合物或气体分子偏转，因此有必要在真空环境中使用电子束。当电子处于真空中时，它们表现得像光一样。
使用不同的真空泵来创造和维持低至10 - 8pa(大气压)的真空压力。这些泵包括旋转泵、油扩散泵、涡轮分子泵和离子吸气泵。
此外，还使用了许多气锁和分离阀，以避免每次交换样品或摄影材料或灯丝时都需要疏散整个色谱柱。
图像生成系统
TEM的图像生成系统由电磁透镜组成，通常由线圈组成。当电流通过这些线圈时，极片之间就会产生电磁场，在磁路中产生一个间隙。通过改变通过线圈的电流，可以改变电场的强度和透镜的功率。
一般来说，TEM由三个透镜阶段组成:聚光镜透镜、物镜透镜和投影仪透镜。聚光镜负责形成电子枪产生的电子束，物镜聚焦电子束。最后，投影仪镜头将光束扩展到带有荧光粉涂层的观看屏幕上，或其他成像设备，如数码相机(例如，电荷耦合设备(ccd))。
透射电镜的放大倍率是由于试样与物镜像面之间的距离之比。
图像处理设备
图像记录传统上是使用荧光屏幕进行的，当受到传输电子的影响时，荧光屏幕会发出光，从而提供实时成像。胶片相机被用来记录永久图像。
另一方面，现代tem依赖于数字成像设备，如CCD(电荷耦合器件)相机来捕捉和记录图像。一些型号可能仍然包括一个可视屏幕。
相似之处
大多数其他类型的电子显微镜，如扫描电子显微镜(sem)和扫描透射电子显微镜(stem)，具有与TEM相同的主要部件:
- 电子源
- 用来聚焦和引导电子束的电磁透镜
- 电子光阑
然而，sem使用一组特定的线圈在样品表面以栅格状模式扫描光束，并收集散射电子。
扫描电子显微镜(SEM)
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sem是第二种最常见的电子显微镜，用于观察纳米尺度物体的表层。
在这项技术中，一束电子束在样品表面的特定区域被扫描以产生图像。这种特殊的扫描技术被称为光栅扫描。
与透射电镜(TEM)不同，扫描电子显微镜的电子会从材料表面反弹。这些电子被称为二次电子，当它们从样品上脱落时，一个屏幕被精确地放置以捕捉它们。
电子枪将电子束射向被测物体，一系列的电磁铁使电子束在物体表面来回移动，直到整个表面被扫描。这些结果通常被称为扫描电镜图像，它们以高分辨率的细节显示了样品的表面组成和地形。
虽然图像的分辨率可能比TEM低，但SEM样品的制备时间要短得多。
扫描透射电子显微镜
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扫描透射电子显微镜(STEM)是TEM的一个分支，它依赖于电子通过薄样品。
在扫描透射电子显微镜中，电子束聚焦成一个细微的点，在.05-左右。2纳米，然后扫描整个物体。电子信号被逐点收集，直到一个完整的表面图像被构建。
扫描透射电子显微镜所特有的还有像差校正器。这有助于纠正电子信号通过电磁透镜时产生的像差。简而言之，它增加了图像的分辨率和清晰度。然后用电子能量损失谱仪分析电子。它检测电子从样品上反弹时所损失的能量。
环境扫描电子显微镜(ESEM)
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扫描电子显微镜的一个子类型，环境扫描电子显微镜通过能够成像未涂层和湿标本来区分自己。这很重要，因为它允许样品在其自然环境中查看，而无需太多的事先准备。
大多数ESEM程序与扫描电子显微镜相同。然而，关键的差异存在于电子探测、光束转移和环境条件管理。
ESEM中特别值得注意的是所使用的差动泵送系统和气体检测装置。差动泵送系统为电子束柱提供了一个高真空环境，但留下了一个单独的高压试样室。气体探测装置是利用气体电离来放大二次电子信号的探测。
反射电子显微镜
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与透射电镜和扫描电子显微镜不同，反射电子显微镜不分析透射电子或二次电子;相反，他们试图分析电子散射。电子散射发生在电子从物体上反弹时，但在这个过程中不会损失任何能量。
该技术通常与反射高能电子衍射和反射高能损失能谱相结合。
低温电镜技术的发展
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2017年，诺贝尔化学奖授予了雅克·杜波切特、约阿希姆·弗兰克和理查德·亨德森，以表彰他们“开发了用于测定溶液中生物分子高分辨率结构的冷冻电子显微镜”。他们的发展使得电子显微镜可以在不损坏或大幅度改变生物材料的情况下观察生物材料。
以前，由于电子显微镜需要强大的电子束，任何被观察的生物材料都必须是死的。Joachim Frank在20世纪70年代和80年代开发了通用方法，Jacques Dubochet能够在真空中对水中的生物样品进行成像，而不需要水蒸发。最后，理查德·亨德森(Richard Henderson)通过在原子尺度上对蛋白质进行3D成像，证明了这项技术的潜力。
这些创新对生物材料的研究产生了严重的影响。例如，在2010年代，低温电镜被用来更好地了解柬埔寨的寨卡病毒爆发。
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电子显微镜是材料、制药、生物技术或生物医学行业中使用的令人难以置信的强大分析工具，其中最显著的是研发和质量控制(QC)。
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电子显微镜制造商和型号
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Fisher热:
Prisma E, Quattro ESEM, Apreo, Verios XHR, Glacios Cryo-TEM, Themis S S/TEM, Themis ETEM, Metrios,Talos F200i, Talos L120C, Talos F200X, Talos F200S, Talos Arctica, Talos F200C, nProber III System, Scios 2 DualBeam, Aquilos Cryo-FIB, V400ACE, OptiFIB Taipan, Phenom Pharos, Phenom XL, Phenom ProX, Phenom Pro, Phenom Pure, Phenom GSR, VolumeScope 2, Metrios AX S/TEM, Krios G4 Cryo-TEM, Helios G4 PFIB HXe DualBeam, Phenom ParticleX AM, Phenom ParticleX TC, Phenom XL G2
心房纤颤:
Helios G4 PFIB HXe DualBeam, Helios G4 PFIB UXe FIB/SEM*， Helios G4 PFIB CXe DualBeam FIB/SEM*， Helios G4 PFIB CXe DualBeam, Helios 5激光PFIB, V400ACE, OptiFIB大盘，Vion
蔡司:
3View, GeminiSEM，西格玛家族，西格玛300，西格玛500,MultiSEM, MultiSEM 505, MultiSEM 506, EVO家族，EVO 10, EVO 15, EVO 25, ParticleSCAN VP，横梁家族，横梁340，横梁550
离子显微镜:
猎户座NanoFab
日立公司:
SU9000、Regulus系列、SU7000、SU5000、SU3500、FlexSEM 1000、FlexSEM 1000 II、TM4000、TM4000Plus、HF-3300、HF5000、H-9500、HD-2700、HT7800系列、NX5000、NX9000、NX2000、SU3800、SU3900、NX5000、NX9000、NX2000
原子力显微镜:
Afm5100n, afm5300e, afm5500m
尼康:
NeoScope jcm - 6000 +
力量:
原子力显微镜:
尺寸XR，尺寸图标，尺寸FastScan，尺寸FastScan Bio，尺寸FastScan Pro，尺寸Edge，尺寸Edge PSS，尺寸Icon- raman, MultiMode 8-HR, Innova, BioScope Resolve, BioScope Resolve, Innova Iris, InSight CAP, InSight AFP
Tescan:
Tescan vega, Tescan mira, Tescan clara, Tescan magna, Tescan clara cryo, Tescan tima, Tescan amber x, Tescan amber cryo, Tescan solaris, Tescan solaris x
JEOL:
InTouchScope系列，JSM-IT500HR InTouchScope, JSM-IT500 InTouchScope, JSM-IT200InTouchScope, JSM-7900F, JSM-7610FPlus, jsm -7000 NeoScope，杰姆- 1400flash, NEOARM, ARM200F，杰姆- f200 F2，杰姆- 2200fs，杰姆- 2100plus, CRYO ARM200, JSM-F100，杰姆- arm300f, CRYO ARM300
心房纤颤:
臂- 4700 f,臂- 4000 +
Nanoimages:
SNE-3200M, SNE-4500M, SNE-4500M Plus，
NT-MDT频谱仪器:
原子力显微镜:
NTEGRA, NEXT II，解算Nano，织女
WITec:
原子力显微镜:
alpha300一
扫描近场光学显微镜(SNOM):
alpha300年代
Nanosurf:
原子力显微镜:
CoreAFM, Flex-Axiom, Flex-Bio, NaioAFM
扫描隧道显微镜:
NaioSTM
流体探针显微镜:
FluidFM
Elmitec:
Leem, speleem, Leem iii, Leem iv, Leem v, peem, peem iii
Pemtron Corp .):
PS系列
没有比技术:
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