电子显微镜的应用知识分享

电子显微镜的应用

一. 电子显微镜在农业上的应用及进展

随着现代科学技术的不断深入发展，电子显微镜的应用技术也日趋广泛，作为观察微观世界的“科学之眼”——电子显微镜所具有的高分辨、直观性的特点是任何其他科学仪器无法代替的，电子显微镜对医学、生物学、物理学、化学、冶金学以及材料学学科的发展起了卓越的作用，电子显微镜在许多学科的研究工作中已成为不可缺少的常规仪器。

农业科技工作者在动、植物的疾病诊断、植物保护、良种繁育、品种分类和鉴定，性状鉴别、成分分析、土壤改良等许多学科的生产和科学研究项目中做了大量工作，大大缩小了我国农业电镜与其他学科的差距。

1.扫描电子显微镜在农业领域的应用

扫描电子显微镜(SEM)具有景深大、图像立体感强、分辨率高、图像范围大以及样品制备过程比较简单等优点，已引起农业科研人员的高度重视和青睐。扫描电镜在农业科研中主要是研究动植物、微生物、昆虫等不同组织和微小器官的表面形态及内部结构，从而加深理解它们在生理机能上的应用，探索有机体的生活规律。如：在昆虫方便主要是提高对其微小器官的辨别能力、提高分类水平，同时进一步弄清器官的作用，对昆虫的外部形态进行特征描述和比较，研究其形状变化及其规律和结构的特征以便有更深的了。在植物方面，研究农作物的花粉、果皮、种皮表面花纹及种子内部结构等特征，这在分类学上具有重要意义。在微生物方面，对研究真菌、放线菌、细菌的分类、辨别科属、判断病源等起较大的作用，尤其是对病菌的活动、孢子发芽、侵入寄主等，用扫描电镜观察均能获得满意的效果。

2.透射电镜在农业上的应用

透射电子显微镜( TEM) 主要是由电子光学系统、真空系统、供电系统和辅助系统组成。透射电镜成像原理是用不带有信息的电子射线，在通过样品时与样品发生作用，而当电子射线在样品另一面重新出现时，已经带有样品的信息，然后进行放大处理，使人们能够看到其内部的微观信息而进行解释。当电子束与样品物质相互作用时，可产生很多带有样品的信息，如透射电子、散射电子、二次电子等。透射电镜的像反差是由入射电子通过样品时，发生的散射吸收差、衍射差和像位差来决定成像的。在农业生物样品观察中，随着电子显微镜分辨率的不断提高，电子显微镜图像的清晰度已将不完全取决于电子显微镜的分辨率，而很大程度上取决于样品的制作技术。透射电镜农业生物样品常用的制备技术有：超薄切片技术、免疫电镜技术、负染色技术、生物大分子电镜技术等。植物病毒作为一类侵蚀被子植物、裸子植物和蕨类植物的重要病源物，在全世界范围内引起农作物、果树、花卉、牧草、药用植物的病害，造成产量和品质的下降，严重影响人类的生产生活。应用电子显微镜技术在确定病毒的形态结构、基因组织结构及功能、病毒复制过程、病毒与寄主之间相互关系的深入了解，观察细胞超微观结构病变方面具有其他方法不可替代的作用，为逐步揭示病毒的本质，最终解决病毒、病害问题奠定基础。

二. 电子显微镜在肿瘤诊断中的应用

电镜能够清楚识别细胞和细胞间质中的超微结构，如细胞膜及其特有的化学结构；细胞质中的细胞器包含物、分泌颗粒、细胞核膜、核仁、染色质；间质中的外板、基板、纤维结合点、肌丝、肌原纤维等。不同组织类型的细胞有其特征性的超微结构，即使是低分化肿瘤细胞仍会在很大程度上保留同源细胞的超微结构特点，电镜就是从这些特点上判断肿瘤细胞的组织类型和分化程度的。如鳞状细胞的张力原纤维、桥粒；腺上皮细胞的连接复合体、微绒毛；横纹肌细胞内的肌原纤维；平滑肌细胞的肌丝等。

肿瘤细胞在超微结构上与正常细胞有差异，主要表现在细胞器和超微结

构分化不同步，鳞状细胞癌的细胞质中虽然有明显的张力原纤维，但细胞间桥极少且发育差；细胞外形和超微结构分化不同步，一些肿瘤细胞奇形怪状，大小不一，从外形上根本无法判断组织学类型，但在超微结构下可以显示组织分化的特点，如类似卵巢性腺肿瘤的宫颈腺癌；细胞的多向性分化，正常体细胞分化时只对特定方向的基因开放表达，故细胞分化呈单一性，而肿瘤细胞可出现两个以上分化方向，在超微结构上必然有反映，如宫颈和肺的腺鳞癌嘲；异位性分化，一种组织类型的细胞在机体内有特定分布，但肿瘤细胞会出现例外，正常情况下宫颈、胸腺等组织中是看不到神经内分泌细胞的，但这些部位却能发生神经内分泌小细胞癌。

电镜对于肿瘤的诊断并不优于光镜，一般也不用于判断肿瘤的良恶性，因为从细胞的超微结构上还没有哪一种结构足以区别肿瘤的良恶性，尤其是对高分化的肿瘤。要想使电镜保持其无以替代的地位，发挥更大的作用，提高诊断水平，就必须从几个方面得到发展和提高。第一，改进和简化标本的制备过程，开发新的固定包埋材料。在保持特异性和敏感性的条件下，降低对标本的要求，以适应多种类型标本的检查(新鲜组织、甲醛固定组织、石蜡包埋组织、实体组织、液体标本、细胞标本)；第二，观察者要有丰富的光镜诊断经验，同时还要熟悉组织超微结构及其病理，总结积累电镜下各种肿瘤的诊断标准和要点；第三，除了扩大常规电镜在临床肿瘤诊断中的应用，还应积极将新型电镜引人人体肿瘤的研究和诊断，拓展病理诊断的新领域。随着电镜方法学的发展，电镜诊断技术必将有更大的变化和提高。

三. 扫描电子显微镜在刑事案件技术检验中的应用

当前，随着社会和经济的快速发展，犯罪分子反侦查手段的科技含量也在不断提高，作案手段越来越呈现多样化、智能化，伪装、伪造现场、毁灭物证等问题日益突出。许多刑事犯罪现场被人为掩盖或破坏，侦查与反侦查的较量日趋激烈。在这场较量中，刑事技术发挥着不可或缺的作用。扫描电子显微镜由于其放大倍数率、分辨率和灵敏度高，同时具有快速、简便、检材用量少且不破坏检材等特点，成为刑事技术检验的重要工具，大大提高了微量物证在刑事案件侦破中的利用价值。

爆炸案件能否侦破，关键在于在现场能否找到与犯罪相关的物证，并通过检验为破案提供信息。但是，由于爆炸会对现场造成巨大破坏，其他刑事案件中常见的指纹、足迹等与人相关的物证已很少存在，因此，爆炸残留物的提取和检验在爆炸案件侦破中具有十分重要的意义。利用扫描电子显微镜结合X射线衍射仪

对爆炸残留物进行形态观察和元素分析，可以有效地确定炸药的成分、种类、特点，进而给侦查提供方向，为破案提供证据。

在刑事案件和交通案件中，经常遇到被撞碎的灯泡残片，确定涉案中灯泡是在开灯或者闭灯状态时被撞碎，对案件的侦查和道路交通事故的责任认定具有重要的意义。利用扫描电子显微镜对残存灯丝状态进行观察和检验，确定热断或者冷断，说明灯泡的开闭。

枪弹发射过程所形成的射击残留物是枪击案件中一种重要的法庭物证，射击残留物分析的结果对枪击案件性质的判断、案件现场的重建、案件的侦查和法庭审判都具有重要的价值。射击残留物是指射击时从枪口或枪支机件缝隙中喷射出的火药燃烧生成的烟垢、未完全燃烧的火药颗粒、微量金属屑和枪油等。气体燃烧形成的残留物一部分沉积在目标上，一部分沉积在射击者的手、臂和前胸等部位，以手上居多。射击残留物的无机成分来源于枪弹的底火，具有独特的化学成分，如Sn、Pb、Sb、Ba等，粒径一般在0．1～30 um 之间。射击残留物的发现、提取和检验，有助于侦查人员获取枪击案件的有关信息，是侦破枪击案件的线索，也是证实犯罪的证据和判断案件性质(自射、他射)的重要依据。

四. 利用TEM鉴定爽身粉中的石棉

滑石、金云母、粘土、白云石、淡斜绿泥石等矿物是化妆品中常用的辅料，这些矿物形成过程中常常伴生有石棉，如闪石石棉是滑石中最常见的矿物之一。石棉进人人体或与皮肤直接接触，将会影响人们的身体健康。

石棉属于硅酸盐类，是一种可剥分为柔韧细长纤维的硅酸盐矿物，按其成分和内部结构，通常分为蛇纹石石棉和角闪石石棉两大类。蛇纹石石棉也称温石棉；角闪石石棉由于含有钠、钙、镁和铁，按成分不同，有青石棉、铁石棉、直闪石石棉、透闪石石棉、阳起石石棉等。透射电镜具有更高的分辨率，可准确鉴定粉状化妆品中石棉的形貌和存在类型，是国外石棉鉴定标准中使用最多的方法I川。特别是对于大气粉尘、水体中的石棉检测，电镜法十分有效。

石棉属于纤维状矿物，纤维状是指纵横径之比大于3：1的粉尘，在透射电子显微镜中，不同种类石棉具有一定的选区电子衍射图谱。闪石类石棉结构类型和衍射图谱差异较大，根据选区电子衍射图谱即可轻易判断，但考虑到不同矿区闪石类石棉晶胞畸变导致衍射图谱的位移和仪器测量误差，故判断范围适当扩展。蛇纹石和角闪石矿物本身可有纤维结构或非纤维结构两种，有纤维结构的蛇纹石和角闪石才称为石棉，且纤维状蛇纹石石棉与绿泥石成分相近，因此，常规准确鉴定样品中是否含有石棉，需采用偏光显微镜和x射线衍射相结合的方法，但对于极为微小的石棉偏光显微镜就显得无能为力。透射电子显微镜恰恰弥补了常规检测中遇到的问题，根据石棉的形貌、电子衍射图谱和能谱结果，可精确确定石棉的结构类型和晶格常数，从而判断爽身粉中是否含有石棉。