显微镜的发展过程和优缺点

2015-06-19 点击数:1409
电子显微镜的发展过程
  电子显微镜是生物医学工作者深入研究机体生物超微结构及其功能的有力手段之一。所谓超微结构是指一般用光学显微镜不能分辨的细微性结构(亚显微结构),直至生物大分子的结构。
  人类对于机体的认识是从宏观到微观不断深化的。三个世纪以前Hook和Van Leeuwenhock发明的显微学延伸了我们的视觉。依靠光学显微镜,人们发现了机体的基本组成单位——细胞以及许多微生物。但是从那时起,在两个世界内,光学显微镜并没有很大发展。直至1878年,Abbe及其后的Zernike阐明了近代光学的成像原理,指出了由于光波波长的局限,光学显微镜的分辨率在理论上不能优于0.2μm。以后显微镜才有了变革,终于创立发明了电子显微镜。
光学显微镜的局限
  显微镜的工作目标是对样品得到一个放大像,使原来肉眼看不见的细节能变得清晰可见。这里有两个基本的性能指标:一是分辨率极限,二是最高最有效方法倍数。分辨率是分辨物体细节的最小极限。仪器可分辨的最小细节经适当放大后,变成人眼所能看清者。显然,如果超越了仪器分辨率的能力,即使进一步提高放大倍数,也不能让人清晰看到更小的细节。这种现象必须借助于光的波动学说来解释。
  光学显微镜中所用的可见光源是波长为400-800nm的电磁波。波传播的特性之一是衍射。衍射就是波遇到障碍物时能偏离直线传播的性质。根据基础物理知识可知,由于实际光学仪器都有限制光束的“窗口”(光学显微镜中的“窗口”就是物镜边缘所限制的透光范围),它造成的衍射效应会使每个物点形成的像都是有所扩展的衍射光斑。靠的太近的像点彼此重叠起来,会使画面中的细节变得模糊不清。光学显微镜中还有一些像差(如球差和色差等)也会使像点展宽,但它们大多可以被校正,所以衍射差就成了限制光学显微镜分辨率的唯一重要因素。
电子显微镜的产生基础
  为了开发具有更高分辨能力的仪器,必须寻找更短波长的照明物质以及能对它实现聚焦、控制的“透镜”。以电子光学为作用原理的电子显微镜就是这样一种仪器。所谓电子光学是指研究和利用电子流的偏转、聚焦和成象规律的一门学科。电子显微镜中的电子透镜可以是静电式或(点)磁式。因为由多电极组成的静电透镜,对屏蔽及真空系统的要求较高,故目前大多采用电磁透镜。只是根据不同部位处的不同要求,磁透镜的设计和构造可有所不同。 
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