光学显微与电子成像1
显微成像原理
显微成像原理
显微成像原理是指利用显微镜对微小的物体进行观察和成像的原理。
显微成像的基本原理是通过光学放大作用使物体的细节显现出来。
在光学显微镜中，光线首先经过物镜透镜，然后通过眼镜或相机的接眼镜。
物镜透镜将物体上的光线汇聚到焦平面上，并形成对物体进行放大的实像。
接眼镜或相机的功能是将焦平面上的图像放大到观察者能够看清的程度。
而电子显微镜则是利用电子束的散射和电子透射的原理进行成像。
在光学显微镜中，重要的成像原理包括放大原理、分辨率原理和对比度原理。
放大原理是指物镜透镜能够将样品放大到显微观察的尺寸。
物镜透镜的放大倍数取决于其焦距和物眼组距的比值。
分辨率原理是指显微镜的最小分辨单元，即最小可以分辨的两个点之间的最小距离。
分辨率取决于物镜的数值孔径，数值孔径越大，分辨率越高。
对比度原理是指样品上的细节在显微镜中能否清晰可见。
对比度取决于样品的吸光性和显微镜的照明方式。
电子显微镜的成像原理则是利用电子束的性质进行成像。
电子束可以通过样品并在荧光屏或探测器上形成图像。
电子显微镜有更高的分辨率和更大的放大倍数，可用于观察更小的物体。
综上所述，显微成像原理是通过光学或电子束的放大和成像特性，使微观物体的细节在显微镜中可见。
光学显微镜和电子显微镜的区别
光学显微镜和电子显微镜的区别光学显微镜和电子显微镜在许多方面都有显著的区别。
下面将从定义、工作原理、分辨率、应用领域和局限性五个方面来详细讨论这两种显微镜的区别。
一、定义光学显微镜：光学显微镜是一种利用可见光和光学透镜成像的显微观察工具，其放大倍数一般在20到2000倍之间。
电子显微镜：电子显微镜（通常简称为电镜）是一种利用电子束和电磁透镜成像的显微观察工具，其放大倍数一般在数千到数十万倍之间。
二、工作原理光学显微镜：光学显微镜的工作原理主要是基于凸透镜的成像原理。
光线通过显微镜的镜头后，由凸透镜将光线聚焦并形成物体的放大图像。
电子显微镜：电子显微镜则是利用电子枪发射电子束打到样品上，然后通过电磁透镜将电子束聚焦并形成物体的放大图像。
由于电子的波长比光子短，因此电子显微镜能够获得比光学显微镜更高的分辨率。
三、分辨率光学显微镜：由于可见光的波长限制，光学显微镜的分辨率受到限制，通常最大分辨率约为0.2微米。
电子显微镜：由于电子的波长比光子短，因此电子显微镜具有更高的分辨率。
在最佳条件下，现代电子显微镜的分辨率可以低于0.1纳米。
四、应用领域光学显微镜：光学显微镜在许多领域都有广泛的应用，如生物学、医学、地质学、化学等。
例如，生物学家可以用光学显微镜观察细胞结构，医学工作者可以用它观察病理切片。
电子显微镜：电子显微镜主要用于观察微小的物体结构，如材料科学中的晶体结构、生物学中的病毒和细菌等。
此外，电子显微镜还可以用于观察样品的内部结构，这是光学显微镜无法做到的。
五、局限性光学显微镜：虽然光学显微镜具有广泛的应用，但在观察微小物体或高分辨率成像时可能会受到限制。
此外，由于可见光的限制，光学显微镜无法观察到某些非透明样品。
电子显微镜：虽然电子显微镜具有很高的分辨率，但它需要非常昂贵的设备和专业的操作技能。
此外，由于电子束对样品的穿透能力有限，因此在对厚样品进行成像时可能会受到限制。
同时，由于电子显微镜需要真空环境工作，因此对于某些需要在自然环境条件下观察的样品（如生物活体）可能不太适用。
光学显微成像技术的原理与应用
光学显微成像技术的原理与应用光学显微成像技术是一种基于光学原理的成像技术，通过利用光的干涉、散射、吸收和透射等性质，可以对微观世界进行观测和分析。
它是科学研究、工业制造和医学诊断中不可或缺的重要工具。
本文将介绍光学显微成像技术的原理以及在不同领域的应用。
光学显微成像技术的原理主要基于光的波动性和衍射现象。
当光通过物体时，会受到物体的散射和吸收。
当散射的光线进入显微镜中，会通过物镜透镜进行放大。
而吸收的光线则会导致物体周围的光强度降低，从而形成对比度。
通过透镜和眼镜的共同作用，图像被放大并传输到观察者的眼睛中。
在显微成像技术中，物镜是最重要的组成部分。
物镜的主要作用是根据物体到达的波面差来放大图像。
波面的差异可以是物体的形状、密度和折射率的差异所致。
通过调整物镜的放大倍数、焦距和孔径等参数，可以获得不同放大倍率和分辨率的图像。
光学显微成像技术的应用非常广泛。
首先，它在科学研究中扮演着关键角色。
科学家们使用光学显微成像技术观察和研究微观结构和材料的特性。
例如，生物学家可以利用显微成像技术观察细胞的形态、组织的构造以及细菌的活动。
而在物理学领域，研究人员可以利用显微成像技术观察和探索微观粒子的运动和相互作用。
其次，光学显微成像技术在工业制造中扮演着重要角色。
对于微电子、半导体和光学元件等制造领域，显微成像技术能够帮助工程师和技术人员观察和分析微细结构的形成和缺陷，从而提高产品的质量和性能。
例如，在微电子芯片的制造过程中，显微成像技术可以用于检测电路的连通性和层叠结构的完整性。
此外，光学显微成像技术在医学诊断中也有广泛的应用。
医生们可以利用显微成像技术观察和诊断病理组织标本，帮助患者进行疾病的早期诊断和治疗。
例如，在肿瘤病理学中，医生可以使用显微成像技术观察肿瘤的组织形态、细胞结构以及血管的形成情况，从而评估肿瘤的发展程度和确定最佳治疗方案。
总之，光学显微成像技术是一种重要的成像技术，利用光的波动性和衍射现象，可以对微观世界进行观测和分析。
光学显微成像技术原理分析
光学显微成像技术原理分析光学显微成像技术是一种将物体的微小细节放大并显示到人类视野中的技术。
该技术的应用范围广泛，可以帮助科学家们研究微生物、细胞、组织等生物体系统。
在工业、医学和生物学研究领域，光学显微成像技术都扮演着重要的角色。
光学显微镜（OM）是一种使用可见光束的光谱成像技术。
它利用光学透镜系统将一个小样品放大，并显示在一个结果的图像上。
这个图像可以由人类视觉系统看到。
要理解OM的工作原理，首先我们需要了解光学成像原理。
成像原理可以用光的传播方式来解释。
当光经过一个介质（例如空气，玻璃或液体）时，它的速度会改变，这会影响光线的传播方式。
光进入透镜系统中时，透镜会将其聚焦并放大。
成像原理是基于光线的反向传播方式的。
当我们在看样品时，它的组成会影响样品在显微镜留下的光线。
例如，细胞的内部结构可以通过折射率差异和反射率来探测。
光学显微成像技术有许多种形式，包括亮场显微镜、荧光显微镜和偏光显微镜等等。
这些成像技术使用不同的技术来增强成像效果。
下面将对其中两种常见的成像技术进行简要介绍。
亮场显微镜是最常见的光学显微成像技术。
它使用亮光照射样品，并通过传输光使得样品成像。
它的原理是根据样品对光的吸收和散射效应来显示图像。
它适用于对内部结构不透明的样品进行观察。
例如，可以使用亮场显微镜观察昆虫的结构，该结构不透明且可以反射光线。
荧光显微镜则是专门用来观察荧光染料的成像技术。
在得到样品后，先使用荧光染料使特定的细胞或组织发出特定颜色的荧光。
这些荧光可以在黑暗的环境下被观察到，并通过摄像机记录下来。
荧光显微镜的优点是可以使各个标记成分之间更加清晰可见，扫描深度也比亮场显微镜更深。
总之，光学显微成像技术已经成为许多科学领域的重要工具。
我们继续不断提高技术的能力与灵敏性，使得它在医疗上，生命科学领域，以及研究各种工业领域均能发挥重要的作用。
细胞成像技术的原理和应用
细胞成像技术的原理和应用随着现代医疗技术的发展，越来越多的科学家们开始利用细胞成像技术来研究细胞的生命过程并有效地治疗疾病。
细胞成像技术是一种代表未来科技发展趋势的高端技术，具有迅速成为研究热点的潜力。
I. 细胞成像技术的原理细胞成像技术是一种通过高先进的显微镜来观察和记录细胞的生物学过程的技术。
其原理是将活细胞的分子、结构和生理状态影像化，通过数字化记录和处理，得到细胞系统的三维动态结构。
1. 光学显微成像光学显微成像是细胞成像技术的基础。
它利用显微镜把样本放大到可以直接观察的数量级，并且可通过染色和标记技术显现某些特定种类的细胞结构或功能。
2. 荧光成像荧光成像利用荧光染料对细胞进行标记，可获得高分辨率细胞形态图像或观察特定细胞趋化或动力学微观现象，是细胞成像技术的一个重要分支。
3. 电子显微成像电子显微成像利用电子束代替光束来达到高度增强的信号和分辨率表达。
其稳定而高保真的成像质量，极大地推进了细胞学的深入研究。
II. 细胞成像技术的应用细胞成像技术在生物学、医学和制药学等领域中有着广泛的应用。
1. 生理学和毒理学细胞成像技术可以研究细胞的生理功能，如细胞增殖、分化、凋亡和运动。
在毒理学中，可比较分析正常细胞与受毒物影响后细胞的生理功能是否受影响。
在一些疾病的诊断、治疗和研究中亦有广泛应用。
2. 细胞遗传学现代细胞成像技术可以帮助科学家们观察细胞染色体和分子之间的相互作用，为研究细胞遗传学和基因编辑提供了非常强有力的工具。
3. 制药学制药学中的细胞成像技术可以帮助研究员更全面、准确地了解药物和化合物对细胞的影响，从而筛选出更有可能成为候选药物的药物分子。
四. 细胞成像技术的期望细胞成像技术作为一种新型技术，已经取得了很多令人瞩目的成果。
未来，随着科技的不断进步和发展，这项技术将进一步完善和创新。
预期它可以实现细胞系统的同时影像化，探明细胞系统之间的相互作用和关系，包括小药小分子作用于活细胞系统的动态反应等，从而有助于提高细胞治疗和药物研发的效率和精准度。
显微镜
显微镜（microscope）由光源聚光器、目镜和物镜组成复式显微放大装置。
显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。
主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。
显微镜分光学显微镜和电子显微镜：光学显微镜是在1590年由荷兰的杨森父子所首创。
后来有两个人开始在科学上使用显微镜。
第一个是意大利科学家伽利略。
他通过显微镜观察到一种昆虫后，第一次对它的复眼进行了描述。
第二个是荷兰亚麻织品商人安东尼·凡·列文虎克（1632年-1723年），他自己学会了磨制透镜。
他第一次描述了许多肉眼所看不见的微小植物和动物。
1931年，恩斯特·鲁斯卡通过研制电子显微镜，使生物学发生了一场革命。
这使得科学家能观察到像百万分之一毫米那样小的物体。
1986年他被授予诺贝尔奖。
通常人眼的分辨本领大概是0.2mm（即人眼可分辨的两点间最小距离为0.2mm）现在的光学显微镜可把物体放大1600倍，分辨的最小极限达0.1微米，国内显微镜机械筒长度一般是160mm。
电子显微镜的分辨率（约0.2纳米）远高于光学显微镜的分辨率（约200纳米）显微镜的分辨率:显微镜可分辨的两点间的最小距离，即为显微镜的分辨率，它主要取决于照明波长以及物镜的球差系数。
自然光与电子束的波长:可见光的波长在3900～7600Å，光学玻璃透镜分辨本领的极限值可达0.2微米；而电子束的波长约为可见光的十万分之一光学显微镜: >200nm 扫描电子显微镜：~1nm 透射电子显微镜：~0.1nm电子显微镜的分辨能力以它所能分辨的相邻两点的最小间距来表示。
20世纪70年代，透射式电子显微镜的分辨率约为0.3纳米(人眼的分辨本领约为0.1毫米)。
现在电子显微镜最大放大倍率超过300万倍，而光学显微镜的最大放大倍率约为2000倍，所以通过电子显微镜就能直接观察到某些重金属的原子和晶体中排列整齐的原子点阵。
光学显微镜和电子显微镜的分辨率比较
光学显微镜和电子显微镜的分辨率比较光学显微镜和电子显微镜是两种常见的显微镜，被广泛应用于生物学、医学、材料科学等领域的研究。
虽然它们都能够扩大物体的细节，但在分辨率方面存在显著差异。
本文将对光学显微镜和电子显微镜的分辨率进行比较，并探讨其差异和应用领域。
光学显微镜是一种利用光的传播和折射原理的显微镜。
其分辨率受到光的波长限制，常见的最高分辨率约为几百纳米。
这是因为可见光的波长范围在400到700纳米之间，物体的细节受到光的散射和衍射影响，限制了显微镜的分辨力。
因此，无论显微镜的其他性能如何，光学显微镜无法解析小于光的波长的细节。
与之相比，电子显微镜利用了电子束而不是光束。
由于电子的波长比可见光短得多，电子显微镜可以提供比光学显微镜更高的分辨率。
电子束的波长通常在纳米和皮米级别，因此电子显微镜的分辨率可达到亚纳米级别，甚至更好。
电子显微镜有两种常见的类型，即传统的透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）。
在TEM中，电子束通过样本，形成投影图像。
这种显微镜的分辨率通常在纳米级别，并可提供原子级分辨率。
相比之下，SEM将电子束聚焦在样本表面，通过扫描获取样本表面的形貌信息。
SEM的分辨率通常略低于TEM，但仍可达到几纳米级别。
除了分辨率的差异外，光学显微镜和电子显微镜还有其他的不同之处。
首先，光学显微镜使用常见的可见光作为光源，而电子显微镜使用的是束缚电子源。
其次，对于光学显微镜，样本准备相对简单，可以直接观察生物细胞和组织切片等，而电子显微镜对样本的制备有更高的要求，需要特殊的样品制备技术，如薄切片、金属喷涂等。
此外，电子显微镜一般需要在真空环境下操作，而光学显微镜则不受此限制。
根据分辨率和特点的差异，光学显微镜和电子显微镜在不同领域有不同的应用。
光学显微镜广泛应用于生物学和医学领域，可以观察到细胞、细菌、组织结构等生物样本的细节。
电子显微镜则在材料科学、纳米科学和凝聚态物理等领域发挥着重要作用。
电子显微镜与光学显微镜的主要区别
电子显微镜与光学显微镜的主要区别电子显微镜（包括透射电镜、扫描电镜）和光学显微镜的性能和特点比较如下：一、成像原理和反差来源电子显微镜的光源使用电子束，TEM是透射成像，可以观察样品内部的形态和结构，是二位图像。
而SEM是二次电子像，主要观察样品形貌的立体图像（即三维图像）。
光学显微镜是用可见光作为光源，样品是吸收成像，一般是彩色或黑白是二维图像。
在TEM中，入射电子束和样品相互作用，使透射电子带有样品信息，经磁透镜成像，放大后，在终屏上形成样品放大了的透射像。
图像的反差，有样品元素的散射能力所决定，即一般有样品是质量厚度所决定。
在SEM中，入射电子探针和样品作用，产生的信号电子（主要是二次电子），经光、电系统收集、放大处理，在显像管上成像，没有成像磁透镜。
图像反差取决于样品二次电子的产率。
TEM和SEM都可以用不同的探测器收集不同的信号电子，反映样品不同性质，对样品进行多种分析和研究，除研究形态结构外，配备波普仪、能谱仪等附件还可以进行微区成分分析。
二、分辨本领和放大倍数电子显微镜是利用短波长和电磁透镜来提高分辨率和控制改变放大倍数的连续性。
TEM 分辨本领是由像差决定的。
目前TEM的最高分辨率为0.1nm（超高压透射电镜）。
放大倍数最低几百倍，最高达150万倍（纳米分析电子显微镜），放大倍数由成像透镜提供。
SEM在超高真空条件下的分辨率的水平分辨率为0.14nm，垂直分辨率已达0.01nm的水平。
分辨本领主要取决与分子探针的入射电子束光斑的大小。
放大倍数最低10倍，最高大150万倍。
放大倍数由显微管偏转线圈电流和电镜扫描线圈电流之比决定。
两种电镜的放大倍数可以任意改变，连续可调。
光学显微镜的极限分辨率为200nm。
放大倍数1～2000倍。
三、视野、景深和焦深视野或视场指所能看到的被检样品的范围，与分辨本领和放大倍数有关。
景深是指电子束在试样上扫描时可获得清晰图像的深度范围。
对某一物点，不仅在焦面上可清晰成像，而且在焦面前后一定范围内，也可清晰成像，这个焦面前后的深度叫做焦深。
人眼、光学显微镜以及电子显微镜成像原理、分辨率及其影响因素
人眼、光学显微镜以及电子显微镜成像原理、分辨率及其影响因素文章主要从人眼成像原理入手，逐步介绍光学显微镜以及电子显微镜的成像原理、分辨率和分辨率的影响因素。
分三部分作简要说明。
一人眼成像1 、人眼结构人眼成像原理图如下，所取的距离为250米，则人眼成像见下图1：图1 人眼结构原理图2 、成像原理自然界各种物体在光线的照射下，不同颜色可以反射出明暗不同的光线，这些光线透过角膜、晶状体、玻璃体的折射，眼球中的角膜和晶状体的共同作用，相当于一个“凸透镜”，在视网膜上形成倒立、缩小的实像，构成光刺激。
视网膜上的感光细胞（圆锥和杆状细胞）受光的刺激后，经过一系列的物理化学变化，转换成神经冲动，由视神经传入大脑层的视觉中枢，然后我们就能看见物体了,经过大脑皮层的综合分析，产生视觉，人就看清了正立的立体像。
人的眼睛是个复杂的成像系统，而人的大脑像CPU处理这些图像，让人能在视觉上感知到图像。
人眼成像最主要的是晶状体和视网膜。
晶状体调整眼睛的焦距是光束集中到富有视锥细胞和视柱细胞的视网膜上，在进行光电（生物电）变化，由视觉神经把信号传至大脑生成图像。
人类的目标就是能制造出能过可以和眼睛相媲美的视觉系统，这是机器智能化的关键部分。
3 、分辨率说及人眼分辨率首先需要知道如下几个概念：（1）视角：观看物体时，人眼对该物体所张的角度。
（2）分辨角：人眼的分辨角：指刚能看出两黑点时，两黑点对人眼的张角。
（3）分辨力：人眼分辨图像细节的能力称为分辨力，可用分辨角来衡量，分辨角的倒数为分辨力。
它也反映了人眼的视力。
分辨力还与照度及景物相对对比度有关。
人眼分辨率指的是人眼能够分辨两个相邻的点或者线的能力，通常以刚能被分开的两点或两线与眼睛瞳孔中心所成的张角表示。
其最小分辨的距离在0.2mm 左右。
要观察和分析更小的距离时，就必须借助于专门仪器。
观看物体时，能清晰看清视场区域对应的分辨率为2169 ×1213。
再算上上下左右比较模糊的区域，最后的分辨率在6000×4000。
医学中的光学显微技术与成像原理
医学中的光学显微技术与成像原理医学中光学显微技术与成像原理光学显微技术是一种通过光学透镜成像的技术，它在医学领域中得到了广泛的应用。
通过光学显微技术，人们能够观察到细胞、细胞器、组织等微小结构的形态和构成，探索它们在生物体内的功能和作用，从而为医学科研和临床治疗提供了重要的技术手段和研究平台。
本文将简要介绍光学显微技术在医学中的应用和成像原理。
一、光学显微技术的种类光学显微技术包括传统显微技术、荧光显微技术、共聚焦显微技术、多光子显微技术等。
传统的透射光学显微技术可以分为在物镜前和后的两种是成像方式。
在物镜前的光学显微技术主要包括普通光学显微镜、截面成像（confocal)显微镜等，而在物镜后的成像方式主要包括透射电子显微镜、扫描电子显微镜等。
二、光学显微技术在医学中的应用1. 细胞生物学光学显微技术在细胞生物学中得到了广泛应用，常用的技术包括透射光学显微技术和荧光显微技术。
透射光学显微技术可以观察细胞的形态、大小、染色质分布和分裂等细胞活动过程，而荧光显微技术可以观察细胞内的分子交互作用、蛋白质粘合、细胞质网等细胞器分布和生化反应。
2. 分子生物学在分子生物学中，光学显微技术被广泛应用于检测有生命标记物的分子。
生物标记因子可以是染色质标记、基因表达标记、蛋白质分子标记等，可以追踪分子元件的表达、分布和运动。
3. 生物医学研究荧光共聚焦显微技术用于存活组织观察，可以对激光束扫描多层次的样本进行成像而且有较好的分辨率。
这项技术可以应用于生物组织的成像。
研究人员通过三维立体共聚焦显微技术，获得了临床上人类疾病关键因素的结构和功能特征。
同时，多光子激光显微技术也广泛应用于神经显微成像、定量成像等方向。
多光子显微镜成像技术通过使用高能量而极短的激光脉冲，使分子发生非线性光学效应，实现分子在不被毁坏的情况下成像。
该技术在分子光学成像、神经显微技术、深层组织成像等方面广泛应用，且可获得高分辨率、高对比度的成像结果。
光学显微镜及电子显微镜简介
电子显微镜的分类
• 电子显微镜分两种 • 透射电子显微镜 反映标本的晶体结构 • 扫描电子显微镜 反映标本的表面结构
课堂小节
• 显微镜极大地推动了科学的发展，特别是在细胞 学、组织学上，是现在医学，动植物学的革命性 工具。 • 高中阶段，我们要学会使用普通的光学显微镜， 这会对我们生物的学习带来非常大的帮助。
光学显微镜的结构
电子显微镜
• 电子显微镜是在1926年， 被汉斯〃布什发明出 来的。
• 现在电子显微镜最大放大倍率超过1500万倍。
• 生物的亚显微结构都是由电子显微镜观察到的。
电子显微镜的介绍
• 原理 • 电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电 子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构 在非常高的放大倍数下成像的仪器。
光学显微镜及电子显微镜简介
高中生物 段晨曦
知识点
• 光学、电子显微镜的介绍
显微镜的分类
• 光学显微镜 • 电子显微镜
光学显微镜
• 光学显微镜是在1590年由荷兰的杨森父子所首创。 • 现在的光学显微镜可把物体放大1600倍，分辨的 最小极限达0.1微米。
• 原理 • 目镜和物镜都是凸透镜，物镜相当于投影仪的镜 头，物体通过物镜成倒立、放大的实像。目镜相 当于普通的放大镜，该实像又通过目镜成正立、 放大的虚像。经显微镜到人眼的物体都成倒立放 大的虚像。
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谢谢大家
TEM SEM OM 区别
光学显微镜、TEM、SEM成像原理比较（转自海龙小站）已有8646 次阅读2007-10-10 08:24 |个人分类:催化网络转贴（一）、透射电子显微镜1、基本原理在光学显微镜下无法看清小于0.2µm的细微结构，这些结构称为亚显微结构（submicroscopic structures）或超微结构（ultramicroscopic structures；ultrastructures）。
要想看清这些结构，就必须选择波长更短的光源，以提高显微镜的分辨率。
1932年Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM），电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。
目前TEM的分辨力可达0.2nm。
电子显微镜（图2-12）与光学显微镜的成像原理基本一样，所不同的是前者用电子束作光源，用电磁场作透镜。
另外，由于电子束的穿透力很弱，因此用于电镜的标本须制成厚度约50nm左右的超薄切片。
这种切片需要用超薄切片机（ultramicrotome）制作。
电子显微镜的放大倍数最高可达近百万倍、由电子照明系统、电磁透镜成像系统、真空系统、记录系统、电源系统等5部分构成。
表2-2不同光源的波长名称可见光紫外光X射线α射线电子束0.1Kv 10Kv波长（nm）390~760 13~390 0.05~13 0.005~1 0.123 0.0122图2-12 JEM-1011透射电子显微镜光学显微镜、TEM、SEM成像原理比较（二）、扫描电子显微镜图2-17 JEOL扫描电子显微镜扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM，图2-17、18、19）于20世纪60年代问世，用来观察标本的表面结构。
其工作原理是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与样品的表面结构有关，次级电子由探测体收集，并在那里被闪烁器转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。
光学显微镜与电子显微镜分别可观察到的细胞结构
光学显微镜与电子显微镜分别可观察到的细胞结构光学显微镜只能观察到细胞的大致结构,能看到细胞壁、细胞核、叶绿体、液泡；染色后还能看到线粒体、细胞分裂时能看到染色体；一些小型的细胞器如核糖体是看不到的细胞膜（植物细胞的细胞壁只有在质壁分离的时候可以看到,正常的细胞细胞膜和细胞壁是在一起的）,细胞质：可以看到的细胞器：线粒体（用健那绿染色才能看到蓝绿色的小点）、叶绿体、液泡、细胞核的完整结构（核膜、核孔等是分辨不出来的）首先光镜放大倍数比电镜小.光镜下观察的都叫显微结构,电镜下的都叫亚显微结构.光镜：细胞壁,细胞膜（动物可见轮廓、植物细胞的细胞壁只有在质壁分离的时候可以看到,正常的细胞细胞膜和细胞壁是在一起的）,细胞核,液泡,叶绿体,线粒体, 染色体（中心体,纺锤体, ,细胞板.有疑问）电镜：只要细胞里有的都能看见.可以把光镜下能看见的记住,剩下的都要用电子显微镜看.当然这种题还需要注意的是细胞里是否存在,比如观察植物根尖分生区,用什么显微镜都看不见叶绿体和液泡,因为分生区细胞中就没有.还有要注意是否染色,细胞不经过染色,只能看见叶绿体和液泡,其它细胞器都看不见.再补充一下,光镜下写的那些结构看见的也都是轮廓,再细微的结构,比如核膜上的核孔,比如磷脂双分子层,比如线粒体的嵴,叶绿体类囊体等等都看不见.这些都要用电镜.用光学显微镜的高倍镜观察植物细胞有丝分裂中期图象，清晰可见的细胞结构是（）A. 染色体、纺缍体、细胞壁B. 染色体、赤道板、细胞壁C. 纺缍体、核仁、细胞壁D. 纺缍体、细胞壁、细胞膜解析：A、在光学显微镜下观察植物细胞有丝分裂中期图象可观察到染色体、纺锤体、细胞壁，A正确；B、赤道板是一个假象的板，实际上并不存在，所以有丝分裂中期以及任何其它时期都不可能看到赤道板，B错误；C、在有丝分裂的前期核膜、核仁就逐渐解体消失了，所以不可能在有丝分裂中期看到核仁，C错误；D、植物的细胞膜紧贴着细胞壁，在显微镜下只能看到细胞壁而看不到细胞膜，D错误．故选：A．。
光学显微镜与电子显微镜的比较
光学显微镜与电子显微镜的比较光学显微镜和电子显微镜是现代科学研究中常用的两种显微镜。
它们在结构、原理和应用方面存在一些差异，并各自具有独特的优缺点。
首先，光学显微镜是一种使用可见光进行观察的显微镜。
它的结构相对简单，主要由物镜、目镜、准直镜和光源组成。
光线经过被观察样品后，通过物镜和准直镜的透镜系统放大，最终通过目镜进入观察者的眼睛。
光学显微镜的最大优点是可以直接观察到活体细胞和组织的形态和结构，因此在生物学和医学领域的研究中被广泛应用。
然而，光学显微镜在分辨率方面存在一定的限制。
由于光的波长较大，约为几百纳米，所以其分辨率有限。
当物体的细小结构距离小于光的波长时，光学显微镜无法清晰观察到这些细节。
此外，由于光线在透镜系统中的折射、色散等现象，也会影响到显微镜图像的质量。
相比之下，电子显微镜利用电子束替代了可见光，具有更高的分辨率。
电子显微镜的结构和原理与光学显微镜有所不同。
电子束经过一系列电磁透镜系统的控制，最终聚焦在样品表面，通过信号的感应和放大，形成样品的显微图像。
电子显微镜的分辨率通常可以达到纳米或亚纳米级别，可以观察到更小的细胞结构和物体粒子。
然而，电子显微镜也存在一些缺点。
首先，它需要在真空环境下工作，使得样品处理和准备变得复杂。
此外，电子束对样品的辐射也可能对生物样品和某些材料产生伤害。
另外，电子显微镜的成本较高，维护和操作也相对复杂，对于一些实验室条件较差或运行经费有限的研究者来说可能不太容易使用。
综上所述，光学显微镜和电子显微镜在结构、原理和应用方面存在一定差异。
光学显微镜在直接观察活体细胞和组织方面具有优势，而电子显微镜在分辨率方面更出色。
在科学研究和应用中，两者往往结合使用，以充分发挥各自的优势。
在今后的科学研究中，随着技术的不断发展和改进，人们对显微镜的要求也将逐渐提高，以满足更精细的观察和研究需求。
光学显微与成像技术
光学显微与成像技术光学显微与成像技术是一门研究微观世界的科学和技术。
它通过利用光学原理和技术手段，使我们能够观察并记录微小的物质结构和微观过程。
一、显微镜的发展人类对显微镜的需求可以追溯到几个世纪前。
早期的光学显微镜使用一种简单的原理，即通过凸透镜将光聚焦在一个小的点上，然后通过放大镜观察这个点。
然而，这种简单的显微镜的分辨率很低，无法观察到更小的物质结构。
随着科学技术的不断发展，显微镜也经历了重大的改进。
在17世纪，荷兰科学家安东尼·范·李文虎克发明了第一个复合显微镜。
这种显微镜结合了两个透镜，使得观察者能够看到更清晰的图像，并且具有较高的分辨率。
二、成像原理光学显微与成像技术的核心是利用光线与物质相互作用的原理。
当光线通过透明物体时，它会发生折射和反射，从而形成一个新的图像。
这个图像可以被放大和记录下来，以便更详细地研究。
在显微成像过程中，一个重要的参数是分辨率。
分辨率决定了我们能够观察到的最小细节。
根据阿贝原理，分辨率可以通过除以波长和数值孔径来计算。
较短的波长和较大的数值孔径将提高分辨率，使我们能够观察到更小的结构。
三、各类光学显微与成像技术1. 相差干涉显微镜相差干涉显微镜是一种非常常见的显微镜类型。
它利用了样本中不同部分的光程差，通过观察干涉条纹来获得样本的信息。
相差显微镜在生物医学研究中被广泛使用，可以观察和分析细胞和组织的结构。
2. 荧光显微镜荧光显微镜利用荧光标记的样本，在外加激发光的作用下发出荧光信号。
荧光显微镜在生物显微学中起着重要的作用，可用于观察细胞内部的分子结构和功能。
3. 斑点扫描显微镜斑点扫描显微镜是一种高分辨率的显微镜。
它利用小小的探头扫描样本表面，并记录被扫描到的电子信号。
这种显微镜在材料科学和纳米技术研究中得到广泛应用。
四、未来发展方向随着科学技术的不断发展，光学显微与成像技术也在不断进步。
目前，一些新的技术手段被引入，使得我们能够观察到更小和更细微的结构。
细胞生物学研究中的显微成像技术
细胞生物学研究中的显微成像技术细胞是构成生物体的基本单位，因其极小的尺寸，只能通过显微成像技术进行观察。
随着科技的进步，显微成像技术逐渐趋于成熟，为细胞生物学研究提供了极大的便利。
一、光学显微成像技术光学显微成像技术是最常用的细胞成像技术，包括亮场显微镜、荧光显微镜、共聚焦显微镜和总内反射荧光显微镜等。
通常，亮场显微镜是最基础的一种显微成像技术，可以看到被染色的细胞结构，但无法观察非染色细胞结构。
而荧光显微镜是一种更为常用的显微成像技术，可以标记特定的蛋白或细胞结构，并通过荧光标记物激发成像。
总内反射荧光显微镜则是一种用于观察细胞表面的荧光显微镜。
共聚焦显微镜则可以将荧光成像技术发展到三维结构成像，具有更强的深度分辨率。
二、电子显微成像技术电子显微成像技术是用电子束取代光线进行成像，分为透射电镜和扫描电镜两种。
透射电镜可以通过超高放大倍数观察有机和无机物质的超细结构，通常用于观察细胞中的超微小结构，例如细胞核、线粒体、内质网等等。
与之相似，扫描电镜则可以使观察对象获得清晰的三维俯视图，用于观察细胞表面，例如红血球、细胞质极等等。
使用电子显微镜有一定的技术难度和对设备和试样的要求严格，但其成像分辨率远高于传统的光学显微镜。
三、光学成像技术在蓝色光微环境下的应用随着光学显微技术技术的发展，获得单分子级别的分辨率的光学显微镜已经成为生物学研究的一部分。
相比传统的光学显微技术，同一种荧光分子所需激发光子数明显减少。
以此为基础，实现了在弱激发光条件下获得高时间分辨率图像的蓝色光微环境下的显微成像技术。
其中，基于单分子荧光此技术可以直观、高分辨率的跟踪移动的斜纹肌细胞、线粒体等分子的运动过程中的变化，探究细胞内的生理现象。
此项技术具有非常高的研究价值，且对生命科学的发展产生了积极的推动作用。
四、大脑光学显微成像技术的研究和应用大脑是一个知识之源和生命科学的重要研究对象，对其高效率，精准，低损伤的成像技术需求也越来越大。
光学和电子显微技术在生物学中的应用
光学和电子显微技术在生物学中的应用生物学是一门研究生命现象和生命过程的学科，其中重要的一个研究领域是细胞学。
细胞学是研究细胞结构、生理和遗传学等方面的问题。
为了更深入地探究细胞的结构和功能，科学家们开发了许多现代化的显微技术。
本文将介绍光学和电子显微技术在生物学中的应用。
一、光学显微技术光学显微技术指的是利用光学原理来观察材料中的精细结构和细胞组织的显微镜技术。
传统的光学显微镜是最常见的显微镜类型，主要用于检测细胞和成像。
光学显微镜可以被用来分析细胞的形态和进程，同时还可以观察细胞外通过培养沟通而导出的通道，以及在生物体内的变化情况等现象。
随着科技的进步，光学显微技术的应用不断扩大。
例如大力显微镜(大角度图像理解)技术可以更好的判别结构的形态和三维形态等特殊特征，可以在不同的比较中分析细菌的走向，发现某些结构，并判断其在生物学中的重要性。
此外，双光子激光显微技术可以将通常需要紫外线激发的染色机制转化为波长较长的光线，因此成像可以更加深入，并现场观察器官和其他组织，帮助找到疾病的病因和治疗方法。
二、电子显微技术电子显微技术利用的是电子衍射原理来观察生物系统中原子级别的细节。
相比于传统的光学显微镜，它已经成为了高分辨显微镜的顶级领域。
电子显微镜可以更好的观察细胞器、细胞核和体内代谢机理等复杂结构及其活动。
其重要性在于它能揭示单个生物分子结构及其反应过程。
常用的电子显微技术包括透射电子显微镜和扫描电子显微镜。
前者利用电子束穿透生物样品，然后与样品内部原子发生的散射产生成像效果。
后者直接扫描样品表面，然后通过观察电子反应来获取图像。
由于细胞结构和功能的高度复杂性，电子显微技术的很多应用需要结合其他分析工具，如能谱仪、X射线显微技术和生物分子成像技术等，以期获取更深入的信息。
三、光学和电子显微技术的应用光学和电子显微技术在生物学中的应用非常广泛。
光学显微技术用于比较现有的细胞形态与大小，帮助研究细胞的互动和写作。
电子显微镜与光学显微镜的主要区别
电子显微镜与光学显微镜的主要区别电子显微镜（包括透射电镜、扫描电镜）和光学显微镜的性能和特点比较如下：一、成像原理和反差来源电子显微镜的光源使用电子束，TEM是透射成像，可以观察样品内部的形态和结构，是二位图像。
而SEM是二次电子像，主要观察样品形貌的立体图像（即三维图像）。
光学显微镜是用可见光作为光源，样品是吸收成像，一般是彩色或黑白是二维图像。
在TEM中，入射电子束和样品相互作用，使透射电子带有样品信息，经磁透镜成像，放大后，在终屏上形成样品放大了的透射像。
图像的反差，有样品元素的散射能力所决定，即一般有样品是质量厚度所决定。
在SEM中，入射电子探针和样品作用，产生的信号电子（主要是二次电子），经光、电系统收集、放大处理，在显像管上成像，没有成像磁透镜。
图像反差取决于样品二次电子的产率。
TEM和SEM都可以用不同的探测器收集不同的信号电子，反映样品不同性质，对样品进行多种分析和研究，除研究形态结构外，配备波普仪、能谱仪等附件还可以进行微区成分分析。
二、分辨本领和放大倍数电子显微镜是利用短波长和电磁透镜来提高分辨率和控制改变放大倍数的连续性。
TEM 分辨本领是由像差决定的。
目前TEM的最高分辨率为0.1nm（超高压透射电镜）。
放大倍数最低几百倍，最高达150万倍（纳米分析电子显微镜），放大倍数由成像透镜提供。
SEM在超高真空条件下的分辨率的水平分辨率为0.14nm，垂直分辨率已达0.01nm的水平。
分辨本领主要取决与分子探针的入射电子束光斑的大小。
放大倍数最低10倍，最高大150万倍。
放大倍数由显微管偏转线圈电流和电镜扫描线圈电流之比决定。
两种电镜的放大倍数可以任意改变，连续可调。
光学显微镜的极限分辨率为200nm。
放大倍数1～2000倍。
三、视野、景深和焦深视野或视场指所能看到的被检样品的范围，与分辨本领和放大倍数有关。
景深是指电子束在试样上扫描时可获得清晰图像的深度范围。
对某一物点，不仅在焦面上可清晰成像，而且在焦面前后一定范围内，也可清晰成像，这个焦面前后的深度叫做焦深。
电子显微镜光学显微镜成像原理异同点
电子显微镜光学显微镜成像原理异同点电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。
电子显微镜的分辨能力以它所能分辨的相邻两点的最小间距来表示。
20世纪70年代，透射式电子显微镜的分辨率约为0.3纳米(人眼的分辨本领约为0.1毫米)。
现在电子显微镜最大放大倍率超过300万倍，而光学显微镜的最大放大倍率约为2000倍，所以通过电子显微镜就能直接观察到某些重金属的原子和晶体中排列整齐的原子点阵。
1931年，德国的克诺尔和鲁斯卡，用冷阴极放电电子源和三个电子透镜改装了一台高压示波器，并获得了放大十几倍的图象，证实了电子显微镜放大成像的可能性。
1932年，经过鲁斯卡的改进，电子显微镜的分辨能力达到了50纳米，约为当时光学显微镜分辨本领的十倍，于是电子显微镜开始受到人们的重视。
到了二十世纪40年代，美国的希尔用消像散器补偿电子透镜的旋转不对称性，使电子显微镜的分辨本领有了新的突破，逐步达到了现代水平。
在中国，1958年研制成功透射式电子显微镜，其分辨本领为3纳米，1979年又制成分辨本领为0.3纳米的大型电子显微镜。
电子显微镜的分辨本领虽已远胜于光学显微镜，但电子显微镜因需在真空条件下工作，所以很难观察活的生物，而且电子束的照射也会使生物样品受到辐照损伤。
其他的问题，如电子枪亮度和电子透镜质量的提高等问题也有待继续研究。
分辨能力是电子显微镜的重要指标，它与透过样品的电子束入射锥角和波长有关。
可见光的波长约为300～700纳米，而电子束的波长与加速电压有关。
当加速电压为50～100千伏时，电子束波长约为0.0053～0.0037纳米。
由于电子束的波长远远小于可见光的波长，所以即使电子束的锥角仅为光学显微镜的1％，电子显微镜的分辨本领仍远远优于光学显微镜。
电子显微镜由镜筒、真空系统和电源柜三部分组成。
镜筒主要有电子枪、电子透镜、样品架、荧光屏和照相机构等部件，这些部件通常是自上而下地装配成一个柱体；真空系统由机械真空泵、扩散泵和真空阀门等构成，并通过抽气管道与镜筒相联接；电源柜由高压发生器、励磁电流稳流器和各种调节控制单元组成。
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Objective turret (2) （目镜架）
Stage (to hold the sample) (6 ) 、 ( 9)
样品台
Focus wheel（聚焦轮） to move the stage (4 - coarse adjustment, 5 - fine Basic optical transmission
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光学显微与电子成像1
Basic Configuration: Inverted Microscope（倒置显微镜）
inverted microscope for fluorescence microscopy（倒
置荧光显微镜）.
Inverted microscope:
inverted microscope
adjustment)
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microscope elements 光学显微与电子成像1
What is an eyepiece (or ocular)目镜?
An eyepiece, or ocular lens: is a type of lens that is attached to a variety of optical devices such as telescopes（望远镜) and microscopes(显微镜）. named because it is usually the lens that is closest to the eye
光学显微与电子成像1
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2020/11/5
光学显微与电子成像1
Microscope-显微镜
Microscope: instrument to see objects too small for the naked eye.
/wiki/Microscope
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光学显微与电子成像1
Basic Configuration: Upright Microscope（正置显微镜）
Upright microscope:
light source and condenser on the bottom, below the stage pointing up,
Limit the area and the position of illumination on the specimen.
Limit the amount of light cast Eliminate flares and ghosting, leading to sharper images. Can Not adjust the NA of the condenser lens and objective Can Not affect the Resolution
History of invention
It is difficult to say who invented the compound microscope.
It is often said that Dutch spectaclemakers Hans Janssen and his son Zacharias Janssen to invent the first compound microscope in 1600s
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光学显微与电子成像1
Koeher(科勒) Illumination System
eyepieces
视场光阑
eyepiece telescope
孔径光阑
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Field planes and Aperture planes光学显微与电子成像1
Diaphragm
光阑分为孔径光阑和视场光阑、渐晕光阑和杂消光光阑等
n Ocular lens (eyepiece) (1)-目镜
n Objective (3) –物镜
n Diaphragm and condenser lens (8) 光栏和聚光镜
n Light source, a light or a mirror (7)
“Structural” components:结构部分
Principle of Koeher Illumination: A given point in the specimen is
illuminated by every point in the light source A given point in the light source illuminates every point in the specimen.
40mm.
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光学显微与电子成像1
What is objective?
Objective: the optical element that gathers(收集) light from the object being observed and focuses the light rays to produce a real image(实像）. named because it is usually the lens that is closest to the object
光学显微与电子成像1
Microscope & Microscopy & Microscopic
1. Microscope (显微镜) instrument to see objects too small for the naked eye. 2. Microscopy (显微成像方法) the science of investigating small objects using such an
for tissue culture （组织培养用倒置 显微镜）.
light source and condenser on the top, above the stage pointing down,
while the objectives and turret are below the stage pointing up.
instrument. 3. Microscopic (用显微镜可见的) invisible to the eye unless aided by a microscope.
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Microscope Elements
Basic components of the light path：光路部分构成
while the objectives and turret are above the stage pointing down.
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Koeher(科勒) Illumination System 照明系统
Koehler illumination, invented in 1893 by August Koehler
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光学显微与电子成像1
How image becomes magnified in microscope?
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光学显微与电子成像1
How image becomes magnified in microscope?
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光学显微与电子成像1
How image becomes magnified in microscope?
An eyepiece is usually described by barrel diameter and focal length. Common barrel diameters are 0.96", 1.25" (standard) and 2". Commonly available eyepiece focal lengths range from 2mm to
Leica oil immersion microscope objective
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光学显微与电子成像1
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光学显微与电子成像1
How image becomes magnified in microscope?
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光学显微与电子成像1
How image becomes magnified in microscope?
History of Light Microscopy
A simple compound microscope invented by British microscopist
Robert Hooke sometime in the 1660s.
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❖R: separate the details in the image ❖C: render the details visible to the human
eye or camera.
MRC: Magnification, Resolution, Contrast
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光学显微与电子成像1
Aperture diaphragm (孔径光阑)
Function of the aperture diaphragm in Microscope
Limits the projection of the light source (filament), which enables
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How to achieve Koeher Illumination?
光学显微与电子成像1
Koeher(科勒) Illumination System