微观技术课程6 Microsoft PowerPoint 演示文稿.ppt

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1、显微技术马玉堃生命科学学院2007年3月绪论电子显微镜(ElectronMicroscope，EM)简称电镜，是一种科学研究仪器，1932年由德国鲁斯卡(ErnstRuska)创制。由于它的发明和运用，至今已获得了两次诺贝尔奖。1982年英国医学研究委员会分子生物学实验室(MedicalResearchCouncilLaboratoryOfMolecularBiology)的克卢格(A．Klug)博士，获得诺贝尔化学奖，以表彰他在发展晶体电子显微学及核酸—蛋白质复合体的晶体结构方面所做出的卓越贡献.

2、Klug和他的合作者从事病毒、染色质等的电子显微镜研究。根据显微镜成像的的傅里叶变换关系，他们发展了一整套图像处理方法，不仅改善了生物样品电子显微镜的清晰度，而且提高了它的分辨率，从而为用电子显微镜研究生物大分子的晶体结构开辟了一条新途径，开创了晶体电子显微学(CrystallographicElectronMicroscopy)，不但对研究生物大分子结构有重要意义，对其它固体的晶体结构研究也有着普遍的意义。1986年德国电子光学和电子显微镜学教授，电镜创始人鲁斯卡和扫描隧道显微镜的发明者宾尼格(G

3、erdkBinning)、罗赫尔(HeinrichRohere)共同获得了诺贝尔物理奖。奖励鲁斯卡1931-1932年在德国柏林工科大学MaxKnoll教授实验室里建成了第一台透射式电子显微镜，他在电子光学和设计第一台透射式电子显微镜方面的开拓性工作，被誉为“20世纪最重要的发明之一”。在瑞士苏黎士的国际商用机器公司(1BM)研究实验室工作的宾尼格和罗赫尔共同创造扫描隧道显微镜(ScanningTunnelingMicroscope，STM)被认为是鲁斯卡首创的电十显微镜技术的最重要的发展。光学显微

4、镜所用的光源，基本上是在可见光范围内，它们能够分辨大于0．2μm的物体细节，优于人眼500倍。但是，小于0．2μm就分辨不清楚了。1932年，德国ErnstRuska制造成第一台电子显微镜，经过50年发展，投射电镜已经能分辨1.4A.比光学显微镜提高了1000倍。在电子显微镜下，不但可以看到细胞的细胞器，病毒，甚至可以看到核酸和蛋白质等生物大分子以及组成物体的基本单位——分子和原子了。如果说17世纪光学显微镜的发明，开辟了细胞和细菌的时代，那么，20世纪电子显微镜的发明和应用，则开辟了病毒和细胞分子

5、结构的新时代。自1965年第一台扫描电子显微镜商品出现以来，迅速应用于各个领域，为研究结构提供了另一有力工具。从电子显微镜发明至今半个多世纪以来，电子显微镜技术的发展和应用，对自然科学，特别是对生物学的发展，起着极其重大的推动作用。可以说，在生命科学领域中，没有一个分科不需要电子显微镜的配合。20世纪60年代前后出现的细胞生物学、分子生物学、分子遗传学、分子病理学、分子药理学、病毒学和电镜诊断学等新学科，都是以电子显微镜技术为基础和前提而发展起来的。而且，利用电子显微镜，人们已开始对细胞亚显微结构进

6、行定性和定量分析，以及立体结构研究。电子显微镜不但广泛地应用于生物科学的各个领域，而且也广泛地应用于物理学、化学、半导体、材料科学、考古学以及破案工作中。从第一台电子显微镜诞生到今天电子显微术有了很大的发展，现在已经发展成为电子显微镜科学。这门科学主要包括三个方面的内容：①各种电子显微镜的设计与制造；②电子显微镜样品制备以及有关的各种设备；③电子显微镜图像的分析、解释和处理。在生物电子显微技术中，同样是研究和解决电子显微镜应用于生物学时这三方面的内容。本课程将简述电子显微镜的原理和结构，以及图像处理

7、方法，并详细地介绍常用的各种生物样品制备技术。第三章透射电子显微镜的原理和结构第一节光学显微镜的分辨本领由于光的衍射，一个理想的点光源(O)，经透镜L，在透镜的像平面上成像J，J不是一个完好的点像，而是一个直径有限的模糊亮盘，并为明暗交替的环所包围。如果光阑MN是圆形，那么这个盘也是圆的，称为Airy盘。如图1—1的(a，b)所示。(c)为用测微光度计测Airy盘所得到的曲线，中央亮斑称中央极大，占有全部光能量的84％，其中心是几何光学的像点。相邻的亮环称为第一、第二和第三级次极大，暗环称为第一、第

8、二和第三级极小。Airy盘的半径通常以第一级暗环的半径厂表示。可由下列公式给出：当有两个互相靠近的理想点光源A和B，它们的Airy盘会互相交错，强度叠加，如图1—1(b，d)。开始可以分清两点的像，但它们重叠到一定程度就分不清了。当一个点光源像的第一级极小值落在另一点光源像的中央极大值中心处时，两个Airy盘曲线叠加，在两个中央极大之间强度下降约19％，根据瑞利判据，为人眼能分辨出的最小强度变化，如图1—l(e)。这两个盘的距离为刚好分辨开这两个点的最小距离。分辨本领