第三章 显微镜发展历史与主要技术参数
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第三章： 第三章： 普通光学显微镜发展历史与 主要技术参数
一、显微镜的发展简史 一、显微镜的发展简史
普通光学显微镜： 普通光学显微镜：
人的眼睛不能直接观察到比0.1mm更小的物体或物质的结构细节。在显微镜 人的眼睛不能直接观察到比0.1mm更小的物体或物质的结构细节。在显微镜 发明出来之前，人类关于周围世界的观念局限在用肉眼，或者靠手持透镜帮 助肉眼所看到的东西。人要想看得到更小的物质结构，就必须利用工具，这 种工具就是显微镜。 很早以前，人们就知道某些光学装置能够“放大”物体。比如在《墨经》 很早以前，人们就知道某些光学装置能够“放大”物体。比如在《墨经》里 面就记载了能放大物体的凹面镜。公元前一世纪，人们就已发现通过球形透 明物体去观察微小物体时，可以使其放大成像。后来逐渐对球形玻璃表面能 使物体放大成像的规律有了认识。至于凸透镜是什么时候发明的，可能已经 无法考证。 凸透镜——有的时候人们把它称为“放大镜”——能够聚焦太阳光，也能让 凸透镜——有的时候人们把它称为“放大镜”——能够聚焦太阳光，也能让 你看到放大后的物体，这是因为凸透镜能够把光线偏折，形成放大的虚像。 单个凸透镜能够把物体放大几十倍，这远远不足以让我们看清某些物体的细 节。 早在1590年，荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。 早在1590年，荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。 1610年前后，意大利的伽利略和德国的开普勒在研究望远镜的同时，改变物 1610年前后，意大利的伽利略和德国的开普勒在研究望远镜的同时，改变物 镜和目镜之间的距离，得出合理的显微镜光路结构，当时的光学工匠遂纷纷 从事显微镜的制造、推广和改进。
放大物体的可见性的决定因素
1.分辨率：指显微镜在25厘米的明视距离处，能分辨出标 ：指显微镜在25厘米的明视距离处，能分辨出标 本上相互接近的两点间的最小距离的能力。 对于使用可见光作为光源的显微镜，它的分辨率限是 0.2微米。任何小于0.2微米的结构都没法识别出来。 0.2微米。任何小于0.2微米的结构都没法识别出来。 2.反差：指物体与背景之间的对比度。增大反差可使物体 反差： 清晰可见 解决方法：a.对于无色样品，可以通过染色增强反差 b.利 解决方法：a.对于无色样品，可以通过染色增强反差 b.利 用特别设计的显微镜加强反差，如使用暗视野显微镜、相 差显微镜、偏振光显微镜等复杂显微镜。
大约在16世纪末，荷兰的眼镜商詹森（Zaccharias Janssen）和他的 大约在16世纪末，荷兰的眼镜商詹森（Zaccharias Janssen）和他的 儿子把几块镜片放进了一个圆筒中，结果发现通过圆筒看到附近的物 体出奇的大，这就是现在的显微镜和望远镜的前身。 詹森制造的是第一台复合式显微镜。使用两个凸透镜，一个凸透镜把 另外一个所成的像进一步放大，这就是复合式显微镜的基本原理。
相衬显微镜
古典的光学显微镜只是光学元件和精密机械元件的组合， 它以人眼作为接收器来观察放大的像。 随着摄影技术和感光胶片、硅晶片等记录存储技术的产生 和发展，人们开始把这些技术应用到显微镜装置中，以感 光胶片作为可以记录和存储的接收器，代替人眼的直接观 察。 现代又普遍采用光电元件、电视摄像管和电荷耦合器等作 为显微镜的接收器，配以微型电子计算机后构成完整的图 像信息采集和处理系统，使得显微技术得到飞速发展和更 加广泛的利用。
在接下来的两个世纪中，复合式显微镜得到了充分 的完善。
19世纪末至20世纪初，欧 19世纪末至20世纪初，欧 洲的一些科学家致力于提高 显微镜的分辨率及观察效果， 设计并制造出了反射镜、消 色差物镜、大数值孔径物镜、 油浸物镜、暗视野聚光镜、 偏光附件及补偿目镜等光学 部件，使得显微镜的性能不 断提高，应用范围越来越广 泛。 随后，人们又利用光波动 某些特性和现象，对成像光 路作了改进。1902年艾夫斯 路作了改进。1902年艾夫斯 奠定了现代双目镜的基本系 统。
19世纪中期的显微镜
20世纪初期的显微镜
现代普通显微镜
如果仅仅凭借光的直线传播和折射等原理，我们可以想象出任意放大倍数的 显微镜。但是光的波动性质使得光学透镜的诸多弊端原形毕露，而且即使消 除掉透镜形状的缺陷，任何光学仪器仍然无法完美的成像。原因很简单：普 通光学显微镜已经达到了分辨率的极限。 光在通过显微镜的时候要发生衍射——简单的说，物体上的一个点在成像的 光在通过显微镜的时候要发生衍射——简单的说，物体上的一个点在成像的 时候不会是一个点，而是一个衍射光斑。如果两个衍射光斑靠得太近，我们 就没法把它们分辨开来。显微镜的放大倍数再高也无济于事了。
带自动照相机的光学显微镜
配有电脑设备的显微镜
光学显微镜的使用，使得人们用肉眼仅能够分辨 0.1mm的物体的极限被突破，达到了0.2um。但 0.1mm的物体的极限被突破，达到了0.2um。但 是，这个厚度对于微观世界来说依然是很大的， 不能满足人们对于微观世界的进一步探索的渴望。
电子显微镜： 电子显微镜：
依据显微镜的成像原理，提高显微镜分辨率的途径之一就 是设法减小光的波长，或者用具有更短波长的电子束来代 替光。根据德布罗意的物质波理论，运动的电子具有波动 性，而且速度越快，它的“波长”就越短。如果能把电子 的速度加到足够高，并且汇聚它，就有可能用来放大物体。 1938年，德国工程师Max Knoll和 1938年，德国工程师Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世 Ruska制造出了世 界上第一台透射电子显微镜（TEM）。1952年，英国工 界上第一台透射电子显微镜（TEM）。1952年，英国工 程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显微镜 程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显微镜 （SEM）。 SEM）。 电子显微镜是20世纪最重要的发明之一。由于电子的速度 电子显微镜是20世纪最重要的发明之一。由于电子的速度 可以加到很高，电子显微镜的分辨率可以达到纳米级 （10-9m）。很多在可见光下看不见的物体——例如病 10-9m）。很多在可见光下看不见的物体——例如病 毒——在电子显微镜下现出了原形。 ——在电子显微镜下现出了原形。
荷兰人安东尼· 列文虎克（Anthony 荷兰人安东尼·冯·列文虎克（Anthony Von Leeuwenhoek ，1632-1723)制造的显微镜让 1632-1723)制造的显微镜让 人们大开眼界。 他制造的显微镜其实就是一片凸透镜，而不是 复合式显微镜。不过，由于他的技艺精湛，磨 制的单片显微镜的放大倍数将近270倍，超过 制的单片显微镜的放大倍数将近270倍，超过 了以往任何一种显微镜。
STM
工作原理模型
三代显微镜之比较: 三代显微镜之比较:
第一代显微镜：光学显微镜，极限分辨率是200纳米。由于光的衍射 第一代显微镜：光学显微镜，极限分辨率是200纳米。由于光的衍射 效应，分辨率受制于半波长，可见光的最短波长为0.4微米。 效应，分辨率受制于半波长，可见光的最短波长为0.4微米。 第二代显微镜：电子显微镜。1924年，德布罗意提出了微观粒子具有 第二代显微镜：电子显微镜。1924年，德布罗意提出了微观粒子具有 波粒二象性的假设，后来这种假设得到了实验证实。此后物理学家们 利用电子在磁场中的运动与光线在介质中的传播相似的性质，研制成 功了电子透镜，在此基础上于1933年发明了电子显微镜。TEM的点 功了电子透镜，在此基础上于1933年发明了电子显微镜。TEM的点 分辨率为0.2~0.5nm，晶格分辨率为0.1~0.2nm，扫描电镜的分辨率 分辨率为0.2~0.5nm，晶格分辨率为0.1~0.2nm，扫描电镜的分辨率 为6~10nm。它们的工作环境都要求高真空，并且使用成本很高，在 6~10nm。它们的工作环境都要求高真空，并且使用成本很高，在 一定程度上限制了电子显微镜的发展。 第三代显微镜：扫描探针显微镜。80年代初期，IBM公司苏黎世实验 第三代显微镜：扫描探针显微镜。80年代初期，IBM公司苏黎世实验 室的G.Binning H.Rohrer发明了扫描隧道显微镜，它的分辨率达到 室的G.Binning 和H.Rohrer发明了扫描隧道显微镜，它的分辨率达到 0.01纳米。STM的诞生，使人类第一次在实间观测到了原子，并能够 0.01纳米。STM的诞生，使人类第一次在实间观测到了原子，并能够 在超高真空超低温的状态下操纵原子。 因为这两项重大的意义，这两位科学家荣获了1986年的诺贝尔物理奖。 因为这两项重大的意义，这两位科学家荣获了1986年的诺贝尔物理奖。
复杂光学显微镜： 复杂光学显微镜：
在显微镜本身结构发展的同时，人们对于光学知识的不断 积累，使得人们对显微镜的光学成像原理有了新的认识， 并开始从新的角度来改进显微技术。 人们在显微观察技术上典型的创新有： 1850年出现了偏光显微术； 1850年出现了偏光显微术； 1893年出现了干涉显微术； 1893年出现了干涉显微术； 1935年荷兰物理学家泽尔尼克创造了相衬显微术，他为 1935年荷兰物理学家泽尔尼克创造了相衬显微术，他为 此在1953年获得了诺贝尔物理学奖。 此在1953年获得了诺贝尔物理学奖。
当列文虎克把他的显微镜对准 一滴雨水的时候，他惊奇的发 现了其中令人惊叹的小小世界： 无数的微生物游曳于其中。他 把这个发现报告给了英国皇家 学会，引起了一阵轰动
1684年前后，荷兰学者惠更斯设 1684年前后，荷兰学者惠更斯设 计并制造出结构简单而且效果较 好的双透镜目镜— 好的双透镜目镜—惠更斯目镜， 至今仍然广泛地应用在各种普通 显微镜上。 19世纪中叶，高质量消色差浸液 19世纪中叶，高质量消色差浸液 物镜的出现，使显微镜观察微细 结构的能力大为提高。 1827年阿米奇第一个采用了浸液 1827年阿米奇第一个采用了浸液 物镜。 19世纪70年代，德国人阿贝奠定 19世纪70年代，德国人阿贝奠定 了显微镜成像的古典理论基础。 这些都促进了显微镜制造和显微 观察技术的迅速发展，并为19世 观察技术的迅速发展，并为19世 纪后半叶包括科赫、巴斯德等在 内的生物学家和医学家发现细菌 和微生物提供了有力的工具。
透射式电子显微镜
扫描电子显微镜
扫描隧道显微镜
用电子代替光，这或许是一个反常规的主意。但是还有更令人吃惊的。 1983年，IBM公司苏黎世实验室的两位科学家Gerd Binnig和 1983年，IBM公司苏黎世实验室的两位科学家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer发明了所谓的扫描隧道显微镜（STM）。这种显微镜比电子显 Rohrer发明了所谓的扫描隧道显微镜（STM）。这种显微镜比电子显 微镜更激进，它完全失去了传统显微镜的概念。 很显然，你不能直接“看到”原子。因为原子与宏观物质不同，它不 是光滑的、滴溜乱转的削球，更不是达·芬奇绘画时候所用的模型。扫 是光滑的、滴溜乱转的削球，更不是达· 描隧道显微镜依靠所谓的“隧道效应”工作。如果舍弃复杂的公式和 术语，这个工作原理其实很容易理解。隧道扫描显微镜没有镜头，它 使用一根探针。探针和物体之间加上电压。如果探针距离物体表面很 近——大约在纳米级的距离上——隧道效应就会起作用。电子会穿过 ——大约在纳米级的距离上——隧道效应就会起作用。电子会穿过 物体与探针之间的空隙，形成一股微弱的电流。如果探针与物体的距 离发生变化，这股电流也会相应的改变。这样，通过测量电流我们就 能知道物体表面的形状，分辨率可以达到单个原子的级别。 因为这项奇妙的发明，Binnig和Rohrer获得了1986年的诺贝尔物理 因为这项奇妙的发明，Binnig和Rohrer获得了1986年的诺贝尔物理 学奖。这一年还有一个人分享了诺贝尔物理学奖，那就是电子显微镜 的发明者Ruska。 的发明者Ruska。
1665年，英国科学家罗伯特· 1665年，英国科学家罗伯特·胡克用他的显微镜观察软木塞切片的时 候，惊奇的发现其中存在着一个一个“单元”结构，胡克把它们称作 “细胞”。 胡克的显微镜能够放大约140倍，其中加入粗动和微动调焦机构、照 胡克的显微镜能够放大约140倍，其中加入粗动和微动调焦机构、照 明系统和承载标本片的工作台等，使得操作更加方便。这些部件经过 不断改进，成为现代显微镜的基本组成部分。
一、显微镜的发展简史 一、显微镜的发展简史
普通光学显微镜： 普通光学显微镜：
人的眼睛不能直接观察到比0.1mm更小的物体或物质的结构细节。在显微镜 人的眼睛不能直接观察到比0.1mm更小的物体或物质的结构细节。在显微镜 发明出来之前，人类关于周围世界的观念局限在用肉眼，或者靠手持透镜帮 助肉眼所看到的东西。人要想看得到更小的物质结构，就必须利用工具，这 种工具就是显微镜。 很早以前，人们就知道某些光学装置能够“放大”物体。比如在《墨经》 很早以前，人们就知道某些光学装置能够“放大”物体。比如在《墨经》里 面就记载了能放大物体的凹面镜。公元前一世纪，人们就已发现通过球形透 明物体去观察微小物体时，可以使其放大成像。后来逐渐对球形玻璃表面能 使物体放大成像的规律有了认识。至于凸透镜是什么时候发明的，可能已经 无法考证。 凸透镜——有的时候人们把它称为“放大镜”——能够聚焦太阳光，也能让 凸透镜——有的时候人们把它称为“放大镜”——能够聚焦太阳光，也能让 你看到放大后的物体，这是因为凸透镜能够把光线偏折，形成放大的虚像。 单个凸透镜能够把物体放大几十倍，这远远不足以让我们看清某些物体的细 节。 早在1590年，荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。 早在1590年，荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。 1610年前后，意大利的伽利略和德国的开普勒在研究望远镜的同时，改变物 1610年前后，意大利的伽利略和德国的开普勒在研究望远镜的同时，改变物 镜和目镜之间的距离，得出合理的显微镜光路结构，当时的光学工匠遂纷纷 从事显微镜的制造、推广和改进。
放大物体的可见性的决定因素
1.分辨率：指显微镜在25厘米的明视距离处，能分辨出标 ：指显微镜在25厘米的明视距离处，能分辨出标 本上相互接近的两点间的最小距离的能力。 对于使用可见光作为光源的显微镜，它的分辨率限是 0.2微米。任何小于0.2微米的结构都没法识别出来。 0.2微米。任何小于0.2微米的结构都没法识别出来。 2.反差：指物体与背景之间的对比度。增大反差可使物体 反差： 清晰可见 解决方法：a.对于无色样品，可以通过染色增强反差 b.利 解决方法：a.对于无色样品，可以通过染色增强反差 b.利 用特别设计的显微镜加强反差，如使用暗视野显微镜、相 差显微镜、偏振光显微镜等复杂显微镜。
大约在16世纪末，荷兰的眼镜商詹森（Zaccharias Janssen）和他的 大约在16世纪末，荷兰的眼镜商詹森（Zaccharias Janssen）和他的 儿子把几块镜片放进了一个圆筒中，结果发现通过圆筒看到附近的物 体出奇的大，这就是现在的显微镜和望远镜的前身。 詹森制造的是第一台复合式显微镜。使用两个凸透镜，一个凸透镜把 另外一个所成的像进一步放大，这就是复合式显微镜的基本原理。
相衬显微镜
古典的光学显微镜只是光学元件和精密机械元件的组合， 它以人眼作为接收器来观察放大的像。 随着摄影技术和感光胶片、硅晶片等记录存储技术的产生 和发展，人们开始把这些技术应用到显微镜装置中，以感 光胶片作为可以记录和存储的接收器，代替人眼的直接观 察。 现代又普遍采用光电元件、电视摄像管和电荷耦合器等作 为显微镜的接收器，配以微型电子计算机后构成完整的图 像信息采集和处理系统，使得显微技术得到飞速发展和更 加广泛的利用。
在接下来的两个世纪中，复合式显微镜得到了充分 的完善。
19世纪末至20世纪初，欧 19世纪末至20世纪初，欧 洲的一些科学家致力于提高 显微镜的分辨率及观察效果， 设计并制造出了反射镜、消 色差物镜、大数值孔径物镜、 油浸物镜、暗视野聚光镜、 偏光附件及补偿目镜等光学 部件，使得显微镜的性能不 断提高，应用范围越来越广 泛。 随后，人们又利用光波动 某些特性和现象，对成像光 路作了改进。1902年艾夫斯 路作了改进。1902年艾夫斯 奠定了现代双目镜的基本系 统。
19世纪中期的显微镜
20世纪初期的显微镜
现代普通显微镜
如果仅仅凭借光的直线传播和折射等原理，我们可以想象出任意放大倍数的 显微镜。但是光的波动性质使得光学透镜的诸多弊端原形毕露，而且即使消 除掉透镜形状的缺陷，任何光学仪器仍然无法完美的成像。原因很简单：普 通光学显微镜已经达到了分辨率的极限。 光在通过显微镜的时候要发生衍射——简单的说，物体上的一个点在成像的 光在通过显微镜的时候要发生衍射——简单的说，物体上的一个点在成像的 时候不会是一个点，而是一个衍射光斑。如果两个衍射光斑靠得太近，我们 就没法把它们分辨开来。显微镜的放大倍数再高也无济于事了。
带自动照相机的光学显微镜
配有电脑设备的显微镜
光学显微镜的使用，使得人们用肉眼仅能够分辨 0.1mm的物体的极限被突破，达到了0.2um。但 0.1mm的物体的极限被突破，达到了0.2um。但 是，这个厚度对于微观世界来说依然是很大的， 不能满足人们对于微观世界的进一步探索的渴望。
电子显微镜： 电子显微镜：
依据显微镜的成像原理，提高显微镜分辨率的途径之一就 是设法减小光的波长，或者用具有更短波长的电子束来代 替光。根据德布罗意的物质波理论，运动的电子具有波动 性，而且速度越快，它的“波长”就越短。如果能把电子 的速度加到足够高，并且汇聚它，就有可能用来放大物体。 1938年，德国工程师Max Knoll和 1938年，德国工程师Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世 Ruska制造出了世 界上第一台透射电子显微镜（TEM）。1952年，英国工 界上第一台透射电子显微镜（TEM）。1952年，英国工 程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显微镜 程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显微镜 （SEM）。 SEM）。 电子显微镜是20世纪最重要的发明之一。由于电子的速度 电子显微镜是20世纪最重要的发明之一。由于电子的速度 可以加到很高，电子显微镜的分辨率可以达到纳米级 （10-9m）。很多在可见光下看不见的物体——例如病 10-9m）。很多在可见光下看不见的物体——例如病 毒——在电子显微镜下现出了原形。 ——在电子显微镜下现出了原形。
荷兰人安东尼· 列文虎克（Anthony 荷兰人安东尼·冯·列文虎克（Anthony Von Leeuwenhoek ，1632-1723)制造的显微镜让 1632-1723)制造的显微镜让 人们大开眼界。 他制造的显微镜其实就是一片凸透镜，而不是 复合式显微镜。不过，由于他的技艺精湛，磨 制的单片显微镜的放大倍数将近270倍，超过 制的单片显微镜的放大倍数将近270倍，超过 了以往任何一种显微镜。
STM
工作原理模型
三代显微镜之比较: 三代显微镜之比较:
第一代显微镜：光学显微镜，极限分辨率是200纳米。由于光的衍射 第一代显微镜：光学显微镜，极限分辨率是200纳米。由于光的衍射 效应，分辨率受制于半波长，可见光的最短波长为0.4微米。 效应，分辨率受制于半波长，可见光的最短波长为0.4微米。 第二代显微镜：电子显微镜。1924年，德布罗意提出了微观粒子具有 第二代显微镜：电子显微镜。1924年，德布罗意提出了微观粒子具有 波粒二象性的假设，后来这种假设得到了实验证实。此后物理学家们 利用电子在磁场中的运动与光线在介质中的传播相似的性质，研制成 功了电子透镜，在此基础上于1933年发明了电子显微镜。TEM的点 功了电子透镜，在此基础上于1933年发明了电子显微镜。TEM的点 分辨率为0.2~0.5nm，晶格分辨率为0.1~0.2nm，扫描电镜的分辨率 分辨率为0.2~0.5nm，晶格分辨率为0.1~0.2nm，扫描电镜的分辨率 为6~10nm。它们的工作环境都要求高真空，并且使用成本很高，在 6~10nm。它们的工作环境都要求高真空，并且使用成本很高，在 一定程度上限制了电子显微镜的发展。 第三代显微镜：扫描探针显微镜。80年代初期，IBM公司苏黎世实验 第三代显微镜：扫描探针显微镜。80年代初期，IBM公司苏黎世实验 室的G.Binning H.Rohrer发明了扫描隧道显微镜，它的分辨率达到 室的G.Binning 和H.Rohrer发明了扫描隧道显微镜，它的分辨率达到 0.01纳米。STM的诞生，使人类第一次在实间观测到了原子，并能够 0.01纳米。STM的诞生，使人类第一次在实间观测到了原子，并能够 在超高真空超低温的状态下操纵原子。 因为这两项重大的意义，这两位科学家荣获了1986年的诺贝尔物理奖。 因为这两项重大的意义，这两位科学家荣获了1986年的诺贝尔物理奖。
复杂光学显微镜： 复杂光学显微镜：
在显微镜本身结构发展的同时，人们对于光学知识的不断 积累，使得人们对显微镜的光学成像原理有了新的认识， 并开始从新的角度来改进显微技术。 人们在显微观察技术上典型的创新有： 1850年出现了偏光显微术； 1850年出现了偏光显微术； 1893年出现了干涉显微术； 1893年出现了干涉显微术； 1935年荷兰物理学家泽尔尼克创造了相衬显微术，他为 1935年荷兰物理学家泽尔尼克创造了相衬显微术，他为 此在1953年获得了诺贝尔物理学奖。 此在1953年获得了诺贝尔物理学奖。
当列文虎克把他的显微镜对准 一滴雨水的时候，他惊奇的发 现了其中令人惊叹的小小世界： 无数的微生物游曳于其中。他 把这个发现报告给了英国皇家 学会，引起了一阵轰动
1684年前后，荷兰学者惠更斯设 1684年前后，荷兰学者惠更斯设 计并制造出结构简单而且效果较 好的双透镜目镜— 好的双透镜目镜—惠更斯目镜， 至今仍然广泛地应用在各种普通 显微镜上。 19世纪中叶，高质量消色差浸液 19世纪中叶，高质量消色差浸液 物镜的出现，使显微镜观察微细 结构的能力大为提高。 1827年阿米奇第一个采用了浸液 1827年阿米奇第一个采用了浸液 物镜。 19世纪70年代，德国人阿贝奠定 19世纪70年代，德国人阿贝奠定 了显微镜成像的古典理论基础。 这些都促进了显微镜制造和显微 观察技术的迅速发展，并为19世 观察技术的迅速发展，并为19世 纪后半叶包括科赫、巴斯德等在 内的生物学家和医学家发现细菌 和微生物提供了有力的工具。
透射式电子显微镜
扫描电子显微镜
扫描隧道显微镜
用电子代替光，这或许是一个反常规的主意。但是还有更令人吃惊的。 1983年，IBM公司苏黎世实验室的两位科学家Gerd Binnig和 1983年，IBM公司苏黎世实验室的两位科学家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer发明了所谓的扫描隧道显微镜（STM）。这种显微镜比电子显 Rohrer发明了所谓的扫描隧道显微镜（STM）。这种显微镜比电子显 微镜更激进，它完全失去了传统显微镜的概念。 很显然，你不能直接“看到”原子。因为原子与宏观物质不同，它不 是光滑的、滴溜乱转的削球，更不是达·芬奇绘画时候所用的模型。扫 是光滑的、滴溜乱转的削球，更不是达· 描隧道显微镜依靠所谓的“隧道效应”工作。如果舍弃复杂的公式和 术语，这个工作原理其实很容易理解。隧道扫描显微镜没有镜头，它 使用一根探针。探针和物体之间加上电压。如果探针距离物体表面很 近——大约在纳米级的距离上——隧道效应就会起作用。电子会穿过 ——大约在纳米级的距离上——隧道效应就会起作用。电子会穿过 物体与探针之间的空隙，形成一股微弱的电流。如果探针与物体的距 离发生变化，这股电流也会相应的改变。这样，通过测量电流我们就 能知道物体表面的形状，分辨率可以达到单个原子的级别。 因为这项奇妙的发明，Binnig和Rohrer获得了1986年的诺贝尔物理 因为这项奇妙的发明，Binnig和Rohrer获得了1986年的诺贝尔物理 学奖。这一年还有一个人分享了诺贝尔物理学奖，那就是电子显微镜 的发明者Ruska。 的发明者Ruska。
1665年，英国科学家罗伯特· 1665年，英国科学家罗伯特·胡克用他的显微镜观察软木塞切片的时 候，惊奇的发现其中存在着一个一个“单元”结构，胡克把它们称作 “细胞”。 胡克的显微镜能够放大约140倍，其中加入粗动和微动调焦机构、照 胡克的显微镜能够放大约140倍，其中加入粗动和微动调焦机构、照 明系统和承载标本片的工作台等，使得操作更加方便。这些部件经过 不断改进，成为现代显微镜的基本组成部分。