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电镜技术发展史
[日期:2008-11-23]  来源:  作者: 
 
自从光学显微镜出现以后,人类打开了微观世界的大门,看到了很多用肉眼所看不到的微小物体,例如细胞、细菌等,使人眼睛的分辨力由 0.2mm 提高到 0.2 μ m 。但是,光学显微镜由于光线波长的限制,它的分辨极限是 0.2 μ m ,有效放大倍数最高不超过 2000 倍,如果想要看到更小的物体,它就无能为力了。
从 20 世纪 30 年代开始,人们利用工业技术的发展,成功地研制了电子显微镜,它的出现,使人们能在超微结构或原子的尺度上观察研究物体的结构,人们的观察从宏观世界进入了超微结构或原子级的微观世界。 与许多伟大的发明一样,电子显微镜的发明,也经历了那个时代艰苦的历程。在光学显微镜发明长达 300 年的时间里,由于光波波长的限制,直接限制了光学显微镜的分辨能力,始终难以突破 1000 倍的放大倍数。寻找更短波长的光源成为了科学家们呕心沥血的漫长征程。
1924 年,法国物理学家 Broglie 提出了 “ 电子与光一样,具有波动性 “ 的假说,他证明了任何一种粒子在快速运动时,必定都伴有电磁辐射,辐射的电磁波长与粒子的运动速度成反比,并计算出电磁波长为 0.005nm 。
1926 年,德国科学家 Busch 发现了带电粒子在电场或磁场中偏转聚焦的现象,类似于光线通过透镜可被聚焦一样。由此奠定了电子显微镜的理论基础。
1928—1931 年间,德国年轻的大学生 Ruska 测量了磁透镜的聚焦特性,并开展了电子放大成像的研究,终于在 1938 年成功研制了世界上第一台真正的电子显微镜,放大倍数为 1200 倍,被誉为电子显微镜之父 , 并在 1986 年获得诺贝尔奖。电子显微镜的发明被誉为 20 世纪最重要的发明之一。
1939 年,德国 Siemens 公司生产了第一台作为商品用的透射电镜,分辨率为 10nm 左右。但其体积庞大,无法进一步推广。
20 世纪 50 年代初到 60 年代末期,电镜发展很快,从性能到构造都得到很大的改进,特别是分辨本领得到大幅度提高,达到 1nm 左右,到 80 年代的分辨率已接近 0.1nm ,最新研制的超高压透射电镜的分辨率可达 0.005nm 。
自从 1938 年第一台电镜在德国问世以来,在短短的几十年时间里,电镜技术取得了飞跃的发展,在医学、生物学、材料学、地质学、考古学、天文学等许多领域中得到了广泛的应用。在现代医学、细胞超微结构、分子生物学、基因组学等学科的迅速发展,出现了更适合生物医学研究的新型电镜。
在生命科学方面,电镜的应用为阐明组织细胞的结构和功能起了巨大的作用,已成为医学科学研究和临床疾病诊断的重要工具。随着科学技术的不断发展,电镜样品制备技术也得到飞速发展。在透射电镜超薄切片基础上,又相继出现负染色技术、电镜放射自显影技术、免疫和细胞化学技术、电镜核酸原位杂交技术等;在扫描电镜常规技术基础上,也出现了冷冻割断技术、蚀刻复型技术、管道铸型技术、电子探针技术等。 在透射电镜原有的基础上安装各种测试仪器如能谱仪( EDX )、波谱仪( WDX )等,出现了各种分析型透射电镜;还有加速电压在 200kV 以上的 高压电子显微镜以及加速电压在 500Kv 以上的超高压电子显微镜;由于压电传感器的发明,使得机械探针的定位性增强,出现了扫描探针显微镜系列(包括 扫描隧道显微镜、原子力显微镜、激光扫描共聚焦显微镜、扫描光子显微镜、扫描热显微镜、静电力显微镜等十几种类型),其中在生命科学中应用较多的是扫描隧道显微镜、原子力显微镜和激光扫描共聚焦显微镜。
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