电子显微镜的发展历程

来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-11-09

随着电子学的研究和广泛应用,电子显微镜被发明出来。

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电子显微镜与光学显微镜的基本成像原理一样,不同的是前者的光源是电子束而不是可见光,透镜是用电磁透镜而不是光学玻璃透镜。电子显微镜的分辨率(约几纳米)远远高于光学显微镜的分辨率(约200nm)。它的发展历程如下: 1926年汉斯·布什研制了第一个磁力电子透镜;1931年,厄恩斯特·卢斯卡(Ernst Ruska)和马克斯·克诺尔(Max Knoll)成功地产生了在阳极光圈上放置的网格的电子放大图像,研制了第一台透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM),在显微镜中首次使用了两个磁透镜。展示这台显微镜时使用的还不是透视的样本,而是一个金属格,1986年卢斯卡为此获得诺贝尔物理学奖。稍后,西门子公司建立超显微镜学实验室,致力于改进TEM的成像效果,研制的第一台商业穿透式电子显微镜在1939年上市;1934年锇酸被提议用来加强图像的对比度。1938年,世界上第一台扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)由Von Ardenne 研制成功,在1965年,第一台商业SEM研制成功,很快成为细胞生物学的研究工具;1952年,英国工程师Charles Oatley也制造出了一台扫描电子显微镜(SEM)。后来又出现了扫描透射电子显微镜(Scanning Transmission Electron Microscopy,STEM),它是一种既有透射电子显微镜又有扫描电子显微镜的显微镜。20世纪60年代,透射电子显微镜的加速电压越来越高,可以透视的物质也越来越厚。这个时期电子显微镜达到了可以分辨原子的能力;20世纪80年代人们能够使用扫描电子显微镜观察湿样本。

除了光学显微镜和电子显微镜以外,还有一种扫描探针显微镜,它是机械式地用探针在样本上扫描移动以探测样本影像的显微镜。扫描探针显微镜有两个分支: 扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope,STM)和原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)。第一台扫描隧道显微镜是由IBM公司苏黎世实验室的两位科学家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer在1983年发明的。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,可以很好地“看”到金属表面。扫描隧道显微镜的发明使两人获得了1986年的诺贝尔物理学奖。1985年,IBM公司Bing和Standford大学的Quate共同研发了第一台原子力显微镜。它不但可以“看”到金属表面,还可以“看”到非金属表面,弥补了STM的不足。

发展到现在,显微镜的种类越来越多,本书不再一一介绍。受波长的制约,现在用的普通显微镜,也就是光学显微镜,与19世纪的光学显微镜相比,并没有什么大的改进,但是电子显微镜一直在不断向前发展,现在可以得到放大1000多万倍的影像,人类透过电子显微镜不仅可以看到病毒,而且可以看到大分子,甚至可以看到原子。总的来说,显微镜越来越精致,用途越来越广泛,而且操作越来越趋向简单。显微镜已经不再只是生物学上的帮手,在其他的学科也同样发挥着十分重要的作用。

摘自《科技史与方法论》清华出版社授权登载

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