握在手里的电子显微镜,仅32克左右,却能将物体放大60-120倍

做父母的一定都深有体会,在孩子的玩耍和学习之间,好像有着一条无法跨越的鸿沟。

握在手里的电子显微镜,仅32克左右,却能将物体放大60-120倍

出于感性,总希望孩子成长的更开心更快乐,多一些玩耍的时间,

可是在理性上,看着现在社会竞争压力越来越大,节奏越来越快,不由得被卷进竞争的漩涡,总觉得让孩子学多少都不算多。真是鱼和熊掌不可兼得!

握在手里的电子显微镜,仅32克左右,却能将物体放大60-120倍

其实也未必,换个角度想,谁说玩耍中不能学习呢?不是有个词叫寓教于乐吗?

其实为孩子找对玩耍的方向,在玩乐的过程中同样能够收获知识,同时还能开发他们对未知世界的好奇心,从而有更大的动力去学习!

当然,这就需要做父母的有一双指引方向的慧眼了。

握在手里的电子显微镜,仅32克左右,却能将物体放大60-120倍

最近,日本肯高推出了一款便携式显微镜,不知道家长们有没有留意,用它作为孩子们在玩乐中学习的小道具,再合适不过了。

我们大人们都知道,显微镜是学生时代生物课上一定会用到的一种仪器,没想到现在科技发展的连显微镜都可以作为玩具随身使用了,大写的厉害~

握在手里的电子显微镜,仅32克左右,却能将物体放大60-120倍

整个机身重量仅有32克左右,可放大60-120倍,一只手就能轻松握住,放在口袋里随身携带也毫无压力。口袋里放个显微镜,你们想象一下,是不是比放个小汽车、变形金刚啥的高级多了!

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它的整体构造是这样的:

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上端的全光学玻璃目镜,就像我们平常使用的望远镜一样,能够让观看的物体成像清晰锐利。

目镜连接着变倍环,在观察的时候轻轻转动,就能放大或缩小所观察的景象;

握在手里的电子显微镜,仅32克左右,却能将物体放大60-120倍

下方搭配了聚焦环,采用阻尼防滑设计,让孩子们操控起来更加顺手,并且对焦精准顺畅,用于调整影像的清晰度。

最下方的镜头附近有一个LED灯,作为辅助光源,即使在黑暗的环境下也不妨碍观察效果,可以说全天候都能随心使用咯。平时使用只要搭配一节7号电池就OK!

握在手里的电子显微镜,仅32克左右,却能将物体放大60-120倍

接下来就是见证奇迹的时刻了!

家里面的洋葱表皮、白菜叶表面什么的,都能观察得一清二楚,当你的孩子“哇”的一声惊呼的时候,恭喜你,从此他就开始了在家中的地毯式搜索,遇见什么都想用显微镜观察一下……

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▲花朵里的花蕊

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▲几粒沙子

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▲一片树叶

当孩子开始不满足于家里的探索,就意味着可以带他出门走走了。

公园里花朵的花蕊,草丛中蚂蚁、毛毛虫的躯干,地上的土壤啊沙子啊,一个也不放过!一通下来不禁感叹,原来显微镜下的一切都变了样,简直太神奇了!

握在手里的电子显微镜,仅32克左右,却能将物体放大60-120倍

握在手里的电子显微镜,仅32克左右,却能将物体放大60-120倍

久而久之,孩子对世界的面貌也有了全新的理解,同时更引发了他们更深层次的思考:世界到底是由什么构成的呢?我们用肉眼看不到的东西,又对我们的每天的生活有着怎样的影响呢?

一系列的小问题便接踵而至,让他们主动学着揭开这个世界的神秘面纱,从而也开始对大自然万物产生强烈的兴趣,最终成功激发了他们学习的动力!

握在手里的电子显微镜,仅32克左右,却能将物体放大60-120倍

相比之下,iPad上面机械死板的小游戏,也就失去了往日的吸引力,从坐在家中沉迷电子屏幕,到走出家门探索大自然,孩子们的身体和心灵,也都得到了更加健康的发育。

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可以说,一只小小的便携显微镜,成为了孩子们通往新大陆的任意门,也让孩子们因此而爱上科学,没准偶然一次的探索发现,就成就了下一个达尔文呢?

握在手里的电子显微镜,仅32克左右,却能将物体放大60-120倍

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日本肯高便携式显微镜
¥128

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厉害了,用电子显微镜,就能观察细胞基因表达的方法

亥姆霍兹慕尼黑研究中心的研究人员开发了一种用电子显微镜观察细胞基因表达的方法。虽然电子显微镜目前提供了对细胞最详细的观察,但它无法区分哪些基因程序在单个细胞内运行。现在,通过使用不同大小的基因编程纳米球作为“多色”标记,新方法可以更近距离地观察,这甚至有助于研究记忆是如何存储在神经元网络中的。细胞究竟发生了什么?这个问题让科学家们忙了几十年。

厉害了,用电子显微镜,就能观察细胞基因表达的方法

为了标记小结构,科学家们一直在使用荧光蛋白。这种方法工作得很好,但由于光学显微镜的分辨率相对较低而存在缺点。尽管电子显微镜可以让我们更近距离地观察,吉尔·格莱格·韦斯特迈尔教授说:到目前为止,还没有任何方法可以解决这种技术中细胞的多色遗传标记问题,这样就可以直接把不同的细胞区分开来。

纳米室作为电子显微镜的多色标签

(此处已添加圈子卡片,请到今日头条客户端查看)

韦斯特迈尔和同事们研究所谓的胶囊已经有一段时间了。这些是来自细菌的小型无毒蛋白质,封装素会自动组装成奈米小室,化学反应可以在奈米小室中进行,而不会干扰细胞的新陈代谢。根据实验条件的不同,在活细胞内通过基因编程形成不同直径的纳米室。韦斯特迈耶研究小组的菲利克斯•西格蒙德补充说:与荧光显微镜的调色板类似,该方法将几何图形转化为电子显微镜的标签。

厉害了,用电子显微镜,就能观察细胞基因表达的方法

为了在电子显微镜下获得强烈的对比度,研究人员使用了氧化铁酶,它可以被封装在胶囊的内部。如果铁离子通过纳米室的孔隙进入内腔,二价铁离子被酶氧化成三价铁离子。这就产生了留在内部的不溶性氧化铁。金属能产生良好的反差,因为它们“吞噬”电子——就像x射线图像中的致密骨头能强烈吸收x射线一样。这种特殊的封装材料特性使它们在图像中清晰可见。

跟随神经束

用新方法,研究人员现在也将研究神经回路,尽管电子显微镜的分辨率令人印象深刻,但这种方法不能可靠地分辨出大脑中某些类型的神经元。有了新报告基因,可以给特定的细胞贴上标签,然后读出哪种神经细胞构成了哪种连接,以及这些细胞处于何种状态。因此,这项新技术也可以帮助揭示大脑的确切接线图,并进一步研究记忆是如何存储在神经元网络中的。

电子显微镜首次揭示,新型冠状病毒侵入人体,穿透呼吸道细胞细节

美国疾病控制与预防中心(简称CDC)发布了用电子显微镜获取的,新型冠状病毒侵入人体的图像, 第一次让人们看到这个新病毒的更多细节。图片显示SARS-CoV-2的是在人的细胞周围四处游荡。照片来从美国的零号感染者身上获取的。

这个患者是华盛顿州斯纳霍米什县的一名36岁男子,1月19出现了咳嗽和发烧,在当地医院就诊,他已经知道武汉爆发了新冠肺炎疫情,他告诉接诊医生,他是四天前刚从武汉回到美国。疾控中心立即对他进行了检测,第二天确诊,于是他进入医学隔离观察,随后发展为肺炎。目前他已经完全康复,并结束了出院后的为期两周家庭隔离观察。

目前各国的有关科学家都积极了解新型冠状病毒的有关信息,目的包括治疗方法,药物,和疫苗的开发。

新型冠状病毒的确像奇怪的“小怪兽”。

事实上,病毒非常小,用中学试验上的光学显微镜是根本看不到的,需要采用更高级的观测装置-电子显微镜才能观测到病毒颗粒。。

电子显微镜首次揭示,新型冠状病毒侵入人体,穿透呼吸道细胞细节

透射式电子显微镜人观测病毒粒子的能力提高了约1000倍。这个显微镜下看到圆形的蓝色病毒颗粒就说是新型冠状病毒,它潜入人体几种不同类型的细胞中。蓝色颗粒堆积得越密,病毒载量越高或感染程度越重。

由于的病毒结构很简单,它无法独立生存繁殖,必须寻找到宿主才有可能生存。它们只有通过摄取其它生物的酶,来获取复制所需的能量。

虽然我们在电子显微镜下能分辨出病毒的形状和结构,但无法直接阻止它对人体的入侵,科学家要通过观察这些细节,来寻找解除它们武装“的手段。

冠状病毒是一个“家族”,以其形状类类似于皇冠得名。,

细菌是由一些由细胞器组成的细胞, 它们是构成人类,动植物的相同基本结构。

但病毒的构造却不同,病毒仅仅是由蛋白质外壳(称为衣壳)包裹的DNA或RNA组成。有些还具有额外的外层包裹。

一种病毒与另一种病毒的区别是,它的遗传组成不同,即RNA和DNA不同;也可以是其外部的蛋白质不同,。部蛋白质壳,决定了它穿透其它细胞的细胞膜的能力。

CDC最新影像中蓝色病毒粒子内部,蛋白质壁内的小黑点代表这个病毒的基因组。

电子显微镜首次揭示,新型冠状病毒侵入人体,穿透呼吸道细胞细节

冠状病毒由刺凸蛋白组成的环形外壳包裹,看上去像皇冠一样。科学家正是通过对刺突蛋白进行测序,发现它和SARS病毒非常相似。由于其与SARS的相似性,导致世界卫生组织将病毒命名为SARS-CoV-2,它不仅代表了这个新发现的病毒,还通过这个名字把它和SARS病毒联系起来。由这个病毒引起的疾病称为成COVID-19。

构成这些刺凸的蛋白质,还告诉了科学家暗,这种病毒最初来自蝙蝠,它在们的进化进程中发生了突变,突变使病毒具备了能够穿透人细胞(尤其是呼吸道细胞)的能力。

在显微镜图像中,可以看到这些细胞从一些细胞中冒出,去攻击其他细胞,有时还会密集地聚集在一起开展“集团化”进攻。

图片来源: CDC Public Image Library – This image is in the public domain and thus free of any copyright restrictions.

用电子显微镜,就能观察细胞基因表达?

亥姆霍兹慕尼黑研究中心的研究人员开发了一种用电子显微镜观察细胞基因表达的方法。虽然电子显微镜目前提供了对细胞最详细的观察,但它无法区分哪些基因程序在单个细胞内运行。现在,通过使用不同大小的基因编程纳米球作为“多色”标记,新方法可以更近距离地观察,这甚至有助于研究记忆是如何存储在神经元网络中的。细胞究竟发生了什么?这个问题让科学家们忙了几十年。

用电子显微镜,就能观察细胞基因表达?

为了标记小结构,科学家们一直在使用荧光蛋白。这种方法工作得很好,但由于光学显微镜的分辨率相对较低而存在缺点。尽管电子显微镜可以让我们更近距离地观察,吉尔·格莱格·韦斯特迈尔教授说:到目前为止,还没有任何方法可以解决这种技术中细胞的多色遗传标记问题,这样就可以直接把不同的细胞区分开来。

纳米室作为电子显微镜的多色标签

(此处已添加圈子卡片,请到今日头条客户端查看)

韦斯特迈尔和同事们研究所谓的胶囊已经有一段时间了。这些是来自细菌的小型无毒蛋白质,封装素会自动组装成奈米小室,化学反应可以在奈米小室中进行,而不会干扰细胞的新陈代谢。根据实验条件的不同,在活细胞内通过基因编程形成不同直径的纳米室。韦斯特迈耶研究小组的菲利克斯•西格蒙德补充说:与荧光显微镜的调色板类似,该方法将几何图形转化为电子显微镜的标签。

用电子显微镜,就能观察细胞基因表达?

为了在电子显微镜下获得强烈的对比度,研究人员使用了氧化铁酶,它可以被封装在胶囊的内部。如果铁离子通过纳米室的孔隙进入内腔,二价铁离子被酶氧化成三价铁离子。这就产生了留在内部的不溶性氧化铁。金属能产生良好的反差,因为它们“吞噬”电子——就像x射线图像中的致密骨头能强烈吸收x射线一样。这种特殊的封装材料特性使它们在图像中清晰可见。

跟随神经束

用新方法,研究人员现在也将研究神经回路,尽管电子显微镜的分辨率令人印象深刻,但这种方法不能可靠地分辨出大脑中某些类型的神经元。有了新报告基因,可以给特定的细胞贴上标签,然后读出哪种神经细胞构成了哪种连接,以及这些细胞处于何种状态。因此,这项新技术也可以帮助揭示大脑的确切接线图,并进一步研究记忆是如何存储在神经元网络中的。

电子显微镜下的世界,你能认出它们吗

电子显微镜下的世界,你能认出它们吗

高倍数下的跳蛛眼睛,恐怖

电子显微镜下的世界,你能认出它们吗

这是放大的臭虫

电子显微镜下的世界,你能认出它们吗

螨虫到底什么样?长这样

电子显微镜下的世界,你能认出它们吗

放大8000倍的骨癌细胞

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这是显微镜下的宝石甲虫

电子显微镜下的世界,你能认出它们吗

进一步放大后的宝石甲虫甲壳

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携带幼虫的蚂蚁

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在这个尺度,小鼠脑血管是这样的

电子显微镜下的世界,你能认出它们吗

树叶的气孔,以前只在教科书上听说过

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虎斑猛水蚤,本身是很微小的生物

电子显微镜下的世界,你能认出它们吗

显微镜下的世界,与肉眼所看到的是不一样的,这组照片是显微镜下的人体组织,图为显微镜下人体肺内表面的样子,那些空腔就是肺泡。

电子显微镜下的世界,你能认出它们吗

显微镜下舌头上的味蕾

电子显微镜下的世界,你能认出它们吗

显微镜下人体中反常的肺癌细胞

电子显微镜下的世界,你能认出它们吗

显微镜下血细胞-红血球。这些表面凹的细胞承担着将氧气送往身体各处的任务。

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显微镜下人类卵细胞

电子显微镜下的世界,你能认出它们吗

显微镜下普肯野神经元。

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显微镜下6天大的胚胎

电子显微镜下的世界,你能认出它们吗

显微镜下没有良好护理的头发。

电子显微镜分辨率创造新的世界纪录,一个硫原子的缺失都能检测到

电子显微镜分辨率创造新的世界纪录,一个硫原子的缺失都能检测到

图说:两张二硫化钼(MoS2)的照片,一幅旋转了6.8度。单个原子的间距从原子键全长到完全重叠时的间距不等。来源:康奈尔大学

7月19日,美国康奈尔大学应用和工程物理系教授David Muller、John L. Wetherill,物理学教授Sol Gruner和Veit Elser合作在《自然》杂志上发表题为”Electron Ptychography of 2-D Materials to Deep Sub-Ångström Resolution”的文章。文章称,研究人员凭借电子显微镜(电镜)像素阵列检测器(EMPAD),使电镜达到了0.39Å的分辨率,刷新了世界记录。

电镜虽然能观测到单个原子,但即使在这个分辨率下,它也并不能把一切都看得清清楚楚。电镜的镜片具有称为像差的内在缺陷。为此人们开发了像差校正器,正如Muller所说,它就像“显微镜的眼镜”。而为了校正多个像差,需要一个不断扩展的校正元件收集器。这就像将眼镜戴在眼镜上一样笨拙。Muller等的工作成功地解决了这个问题。

电子波长比可见光的波长小许多倍,但电镜镜头并没有相应的分辨率。分辨率在很大程度上取决于镜头的数值孔径。数值孔径是“f数”的倒数:f数越小,分辨率越高。提高电镜分辨率的传统方法是增加透镜的数值孔径和电子束的能量。过去的分辨率记录是通过像差校正透镜和超高光束能量——300千电子伏特(keV)—— 来获得亚埃(Å, ångström )分辨率的。原子键长通常在1-2Å之间,亚埃分辨率可以让人们轻松观测到单个原子。

研究小组使用了EMPAD和Ptychography技术来提高电镜的分辨率:当电子束扫描样品时,探测器在重叠步骤中收集散射电子的全位置和动量分布,然后根据得到的4维数据集来重建图像。最后达到了0.39Å的分辨率。为了保证样品结构完整性,他们使用了更低的光束能量(80 keV),这种情况下仅使用像差校正透镜就能达到0.98Å的分辨率。在这种分辨率下,样品中即便是一个硫原子的缺失都能检测到。

由于分辨率小于最小原子键,因而需要为EMPAD方法提供一种新的测试对象。于是他们堆叠了两张MoS2照片,一张略微歪斜,这样两片原子的距离从完整的原子键长到重叠时的距离不等。

康奈尔大学校内的电镜已经进行了EMPAD改造,它们可以记录各种强度——从单个电子到包含数十万甚至一百万个电子的强光束。

编译:伊幻 审稿:西莫 编辑:张梦

来源:https://phys.org/news/2018-07-electron-microscope-detector-resolution.html

帮你入门|关于电子显微镜的46个知识点

帮你入门|关于电子显微镜的46个知识点

01、光学显微镜以可见光为介质,电子显微镜以电子束为介质,由于电子束波长远较可见光小,故电子显微镜分辨率远比光学显微镜高。光学显微镜放大倍率最高只有约1500倍,扫描式显微镜可放大到10000倍以上。

02、根据de Broglie波动理论,电子的波长仅与加速电压有关:λe=h / mv= h / (2qmV)1/2=12.2 / (V)1/2 (Å),在 10 KV 的加速电压之下,电子的波长仅为0.12Å,远低于可见光的4000 – 7000Å,所以电子显微镜分辨率自然比光学显微镜优越许多,但是扫描式电子显微镜的电子束直径大多在50-100Å之间,电子与原子核的弹性散射 (Elastic Scattering) 与非弹性散射 (Inelastic Scattering) 的反应体积又会比原有的电子束直径增大,因此一般穿透式电子显微镜的分辨率比扫描式电子显微镜高。

03、扫描式显微镜有一重要特色是具有超大的景深(depth of field),约为光学显微镜的300倍,使得扫描式显微镜比光学显微镜更适合观察表面起伏程度较大的样品。

04、扫描式电子显微镜,其系统设计由上而下,由电子枪 (Electron Gun) 发射电子束,经过一组磁透镜聚焦 (Condenser Lens) 聚焦后,用遮蔽孔径 (Condenser Aperture) 选择电子束的尺寸(Beam Size)后,通过一组控制电子束的扫描线圈,再透过物镜 (Objective Lens) 聚焦,打在样品上,在样品的上侧装有讯号接收器,用以择取二次电子 (Secondary Electron) 或背向散射电子 (Backscattered Electron) 成像。

05、电子枪的必要特性是亮度要高、电子能量散布 (Energy Spread) 要小,目前常用的种类计有三种,钨(W)灯丝、六硼化镧(LaB6)灯丝、场发射 (Field Emission),不同的灯丝在电子源大小、电流量、电流稳定度及电子源寿命等均有差异。

06、热游离方式电子枪有钨(W)灯丝及六硼化镧(LaB6)灯丝两种,它是利用高温使电子具有足够的能量去克服电子枪材料的功函数(work function)能障而逃离。对发射电流密度有重大影响的变量是温度和功函数,但因操作电子枪时均希望能以最低的温度来操作,以减少材料的挥发,所以在操作温度不提高的状况下,就需采用低功函数的材料来提高发射电流密度。

07、价钱最便宜使用最普遍的是钨灯丝,以热游离 (Thermionization) 式来发射电子,电子能量散布为 2 eV,钨的功函数约为4.5eV,钨灯丝系一直径约100μm,弯曲成V形的细线,操作温度约2700K,电流密度为1.75A/cm2,在使用中灯丝的直径随着钨丝的蒸发变小,使用寿命约为40~80小时。

08、六硼化镧(LaB6)灯丝的功函数为2.4eV,较钨丝为低,因此同样的电流密度,使用LaB6只要在1500K即可达到,而且亮度更高,因此使用寿命便比钨丝高出许多,电子能量散布为 1 eV,比钨丝要好。但因LaB6在加热时活性很强,所以必须在较好的真空环境下操作,因此仪器的购置费用较高。

09、场发射式电子枪则比钨灯丝和六硼化镧灯丝的亮度又分别高出 10 – 100 倍,同时电子能量散布仅为0.2 – 0.3 eV,所以目前市售的高分辨率扫描式电子显微镜都采用场发射式电子枪,其分辨率可高达 1nm 以下。

10、场发射电子枪可细分成三种:冷场发射式(cold field emission , FE),热场发射式(thermal field emission ,TF),及肖基发射式(Schottky emission ,SE)

帮你入门|关于电子显微镜的46个知识点

11、当在真空中的金属表面受到108V/cm大小的电子加速电场时,会有可观数量的电子发射出来,此过程叫做场发射,其原理是高电场使电子的电位障碍产生Schottky效应,亦即使能障宽度变窄,高度变低,因此电子可直接”穿隧”通过此狭窄能障并离开阴极。场发射电子系从很尖锐的阴极尖端所发射出来,因此可得极细而又具高电流密度的电子束,其亮度可达热游离电子枪的数百倍,或甚至千倍。

12、场发射电子枪所选用的阴极材料必需是高强度材料,以能承受高电场所加诸在阴极尖端的高机械应力,钨即因高强度而成为较佳的阴极材料。场发射枪通常以上下一组阳极来产生吸取电子、聚焦、及加速电子等功能。利用阳极的特殊外形所产生的静电场,能对电子产生聚焦效果,所以不再需要韦氏罩或栅极。第一(上)阳极主要是改变场发射的拔出电压(extraction voltage),以控制针尖场发射的电流强度,而第二(下)阳极主要是决定加速电压,以将电子加速至所需要的能量。

13、要从极细的钨针尖场发射电子,金属表面必需完全干净,无任何外来材料的原子或分子在其表面,即使只有一个外来原子落在表面亦会降低电子的场发射,所以场发射电子枪必需保持超高真空度,来防止钨阴极表面累积原子。由于超高真空设备价格极为高昂,所以一般除非需要高分辨率SEM,否则较少采用场发射电子枪。

14、冷场发射式最大的优点为电子束直径最小,亮度最高,因此影像分辨率最优。能量散布最小,故能改善在低电压操作的效果。为避免针尖被外来气体吸附,而降低场发射电流,并使发射电流不稳定,冷场发射式电子枪必需在10-10 torr的真空度下操作,虽然如此,还是需要定时短暂加热针尖至2500K(此过程叫做flashing),以去除所吸附的气体原子。它的另一缺点是发射的总电流最小。

15、热场发式电子枪是在1800K温度下操作,避免了大部份的气体分子吸附在针尖表面,所以免除了针尖flashing的需要。热式能维持较佳的发射电流稳定度,并能在较差的真空度下(10-9 torr)操作。虽然亮度与冷式相类似,但其电子能量散布却比冷式大3~5倍,影像分辨率较差,通常较不常使用。

16、肖基发射式的操作温度为1800K,它系在钨(100)单晶上镀ZrO覆盖层,ZrO将功函数从纯钨的4.5eV降至2.8eV,而外加高电场更使电位障壁变窄变低,使得电子很容易以热能的方式跳过能障(并非穿隧效应),逃出针尖表面,所需真空度约10-8~10-9torr。其发射电流稳定度佳,而且发射的总电流也大。而其电子能量散布很小,仅稍逊于冷场发射式电子枪。其电子源直径比冷式大,所以影像分辨率也比冷场发射式稍差一点。

17、场发射放大倍率由25倍到650000倍,在使用加速电压15kV时,分辨率可达到1nm,加速电压1kV时,分辨率可达到2.2nm。一般钨丝型的扫描式电子显微镜仪器上的放大倍率可到200000倍,实际操作时,大部份均在20000倍时影像便不清楚了,但如果样品的表面形貌及导电度合适,最大倍率650000倍是可以达成的。

18、由于对真空的要求较高,有些仪器在电子枪及磁透镜部份配备了3组离子泵(ion pump),在样品室中,配置了2组扩散泵(diffusion pump),在机体外,以1组机械泵负责粗抽,所以有6组大小不同的真空泵来达成超高真空的要求,另外在样品另有以液态氮冷却的冷阱(cold trap),协助保持样品室的真空度。

19、平时操作,若要将样品室真空亦保持在10-8pa(10-10torr),则抽真空的时间将变长而降低仪器的便利性,更增加仪器购置成本,因此一些仪器设计了阶段式真空(step vacuum),亦即使电子枪、磁透镜及样品室的真空度依序降低,并分成三个部份来读取真空计读数,如此可将样品保持在真空度10-5pa的环境下即可操作。平时待机或更换样品时,为防止电子枪污染,皆使用真空阀(gun valve)将电子枪及磁透镜部份与样品室隔离,实际观察时再打开使电子束通过而打击到样品。

20、场发射式电子枪的电子产生率与真空度有密切的关系,其使用寿命也随真空度变差而急剧缩短,因此在样品制备上必须非常注意水气,或固定用的碳胶或银胶是否烤干,以免在观察的过程中,真空陡然变差而影响灯丝寿命,甚至系统当机。

帮你入门|关于电子显微镜的46个知识点

21、在电子显微镜中须考虑到的像差(aberration)包括:衍射像差(diffraction aberration)、球面像差(spherical aberration)、散光像差(astigmatism)及波长散布像差(即色散像差,chromatic aberration)。

22、面像差为物镜中主要缺陷,不易校正,因偏离透镜光轴之电子束偏折较大,其成像点较沿轴电子束成像之高斯成像平面(Gauss image plane)距透镜为近。

23、散光像差由透镜磁场不对称而来,使电子束在二互相垂直平面之聚焦落在不同点上。散光像差一般用散光像差补偿器(stigmator)产生与散光像差大小相同、方向相反的像差校正,目前电子显微镜其聚光镜及物镜各有一组散光像差补偿器。

24、光圈衍射像差(Aperture diffraction):由于电子束通过小光圈电子束产生衍射现象,使用大光圈可以改善。

25、色散像差(Chromatic aberration):因通过透镜电子束能量差异,使得电子束聚焦后并不在同一点上。

26、电子束和样品作用体积(interaction volume),作用体积约有数个微米(μm)深,其深度大过宽度而形状类似梨子。此形状乃源于弹性和非弹性碰撞的结果。低原子量的材料,非弹性碰撞较可能,电子较易穿进材料内部,较少向边侧碰撞,而形成梨子的颈部,当穿透的电子丧失能量变成较低能量时,弹性碰撞较可能,结果电子行进方向偏向侧边而形成较大的梨形区域。

27、在固定电子能量时,作用体积和原子序成反比,乃因弹性碰撞之截面积和原子序成正比,以致电子较易偏离原来途径而不能深入样品。

28、电子束能量越大,弹性碰撞截面积越小,电子行走路径倾向直线而可深入样品,作用体积变大。

29、电子束和样品的作用有两类,一为弹性碰撞,几乎没有损失能量,另一为非弹性碰撞,入射电子束会将部份能量传给样品,而产生二次电子、背向散射电子、俄歇电子、X光、长波电磁放射、电子-空位对等。这些信号可供SEM运用者有二次电子、背向散射电子、X光、阴极发光、吸收电子及电子束引起电流(EBIC)等。

30、二次电子(Secondary Electrons):电子束和样品作用,可将传导能带(conduction band)的电子击出,此即为二次电子,其能量约 < 50eV。由于是低能量电子,所以只有在距离样品表面约50~500?深度范围内所产生之二次电子,才有机会逃离样品表面而被侦测到。由于二次电子产生的数量,会受到样品表面起伏状况影响,所以二次电子影像可以观察出样品表面之形貌特征。

31、背向散射电子(Backscattered Electrons):入射电子与样品子发生弹性碰撞,而逃离样品表面的高能量电子,其动能等于或略小于入射电子的能量。背向散射电子产生的数量,会因样品元素种类不同而有差异,样品中平均原子序越高的区域,释放出来的背向散射电子越多,背向散射电子影像也就越亮,因此背向散射电子影像有时又称为原子序对比影像。由于背向散射电子产生于距样品表面约5000?的深度范围内,由于入射电子进入样品内部较深,电子束已被散射开来,因此背向散射电子影像分辨率不及二次电子影像。

32、X光:入射电子和样品进行非弹性碰撞可产生连续X光和特征X光,前者系入射电子减速所放出的连续光谱,形成背景决定最少分析之量,后者系特定能阶间之能量差,可藉以分析成分元素。

33、电子束引致电流(Electron-beam induced Current , EBIC):当一个p-n接面(Junction )经电子束照射后,会产生过多的电子-空位对,这些载子扩散时被p-n接面的电场收集,外加线路时即会产生电流。

34、阴极发光(Cathodoluminescence):当电子束产生之电子-空位对再结合时,会放出各种波长电磁波,此为阴极发光(CL),不同材料发出不同颜色之光。

35、样品电流(Specimen Current):电子束射到样品上时,一部份产生二次电子及背向散射电子,另一部份则留在样品里,当样品接地时即产生样品电流。

36、电子侦测器有两种,一种是闪烁计数器侦测器(Scintillator),常用于侦测能量较低的二次电子,另一种是固态侦测器(solid state detector),则用于侦测能量较高的反射电子。

37、影响电子显微镜影像品质的因素:A. 电子枪的种类:使用场发射、LaB6或钨丝的电子枪。B. 电磁透镜的完美度。C. 电磁透镜的型式: In-lens ,semi in-lens, off-lensD. 样品室的洁净度: 避免粉尘、水气、油气等污染。E. 操作条件: 加速电压、工作电流、仪器调整、样品处理、真空度。F. 环境因素: 振动、磁场、噪音、接地。

38、如何做好SEM的影像,一般由样品的种类和所要的结果来决定观察条件,调整适当的加速电压、工作距离 (WD)、适当的样品倾斜,选择适当的侦测器、调整合适的电子束电流。

39、一般来说,加速电压提高,电子束波长越短,理论上,只考虑电子束直径的大小,加速电压愈大,可得到愈小的聚焦电子束,因而提高分辨率,然而提高加速电压却有一些不可忽视的缺点:A. 无法看到样品表面的微细结构。B. 会出现不寻常的边缘效应。C. 电荷累积的可能性增高。D. 样品损伤的可能性增高。因此适当的加速电压调整,才可获得最清晰的影像。

帮你入门|关于电子显微镜的46个知识点

40、适当的工作距离的选择,可以得到最好的影像。较短的工作距离,电子讯号接收较佳,可以得到较高的分辨率,但是景深缩短。较长的工作距离,分辨率较差,但是影像景深较长,表面起伏较大的样品可得到较均匀清晰的影像。

41、SEM样品若为金属或导电性良好,则表面不需任何处理,可直接观察。若为非导体,则需镀上一层金属膜或碳膜协助样品导电,膜层应均匀无明显特征,以避免干扰样品表面。金属膜较碳膜容易镀,适用于SEM影像观察,通常为Au或Au-Pd合金或Pt。而碳膜较适于X光微区分析,主要是因为碳的原子序低,可以减少X光吸收。

42、SEM样品制备一般原则为: A. 显露出所欲分析的位置。 B. 表面导电性良好,需能排除电荷。 C. 不得有松动的粉末或碎屑(以避免抽真空时粉末飞扬污染镜柱体)。 D. 需耐热,不得有熔融蒸发的现象。 E. 不能含液状或胶状物质,以免挥发。 F. 非导体表面需镀金(影像观察)或镀碳(成份分析)。

43、镀导电膜的选择,在放大倍率低于1000倍时,可以镀一层较厚的Au,以提高导电度。 放大倍率低于10000倍时,可以镀一层Au来增加导电度。放大倍率低于100000倍时,可以镀一层Pt或Au-Pd合金,在超过100000时,以镀一层超薄的Pt或Cr膜较佳。

44、电子束与样品作用,当内层电子被击出后,外层电子掉入原子内层电子轨道而放出X光,不同原子序,不同能阶电子所产生的X光各不相同,称为特征X光,分析特征X光,可分析样品元素成份。

45、分析特征X光的方式,可分析特征X光的能量分布,称为EDS,或分析特征X光的波长,称为WDS。X光能谱的分辨率,在EDS中约有100~200eV的分辨率,在WDS中则有5~ 10eV的分辨率。由于EDS的分辨率较WDS差,因此在能谱的解析上,较易产生重迭的情形。

46、由于电子束与样品作用的作用体积(interaction volume)的关系,特征X光的产生和作用体积的大小有关,因此在平面的样品中,EDS或WDS的空间分辨率,受限于作用体积的大小。

帮你入门|关于电子显微镜的46个知识点

帮你入门|关于电子显微镜的46个知识点

新型冠状病毒最清晰电子显微镜图像公布,和SARS真是孪生兄弟

看看新型冠状病毒 “身份证”照,果然不愧冠状病毒之名!

美国蒙大拿州汉密尔顿市的落基山实验室于在扫描和透射电子显微镜上制作了新型冠状病毒的图像。落基山实验室的研究者Emmie de Wit博士提供了病毒样本,电子显微镜师Elizabeth Fischer制作了图像,落基山实验室视觉医学艺术办公室对图像进行了数字化着色。

新型冠状病毒的图像看起来与MERS冠状病毒(中东呼吸综合征冠状病毒,2012年出现)或SARS冠状病毒(严重急性呼吸综合征冠状病毒,2002年出现)没有太大区别。这并不奇怪:冠状病毒表面的尖刺赋予了这个病毒家族的名字—corona,拉丁语是“冠”的意思,大多数冠状病毒都会有类似冠的外观。

这些图像突出显示了覆盖病毒的尖峰,这是冠状病毒的一个标志性特征,冠状病毒家族的名字也是由此而得名。这些图像经过数字着色,以帮助视觉上分离病毒与周围细胞,并说明病毒是如何复制和从细胞表面出现的。一下我们就来看看新型冠状病毒的证件照吧!

新型冠状病毒最清晰电子显微镜图像公布,和SARS真是孪生兄弟

美国的一个实验室制作了迄今为止在全球传播的新型冠状病毒最详细的图像。数码彩色图像清晰地显示了这种病毒的皇冠状外观。其形状与2002年的SARS病毒及其相似。

新型冠状病毒最清晰电子显微镜图像公布,和SARS真是孪生兄弟

这张扫描电子显微镜图像显示了从美国一名患者身上分离出来的新型冠状病毒(橙色),从实验室培养的细胞(绿色)表面出现。

新型冠状病毒最清晰电子显微镜图像公布,和SARS真是孪生兄弟

这张透射电子显微镜图像显示了刚从实验室培养的细胞表面释放出来的新型冠状病毒颗粒。

新型冠状病毒最清晰电子显微镜图像公布,和SARS真是孪生兄弟

从实验室培养物中生长出来的病毒的扫描电镜图像。这些图片是由美国国家过敏和传染病研究所发布的。

新型冠状病毒最清晰电子显微镜图像公布,和SARS真是孪生兄弟

从实验室培养生长的新型冠状病毒的扫描电子显微镜图像。电子显微镜利用一束能量来拍摄物体的详细照片,这些物体太小,普通显微镜看不见。

新型冠状病毒最清晰电子显微镜图像公布,和SARS真是孪生兄弟

新型冠状病毒的透射电子显微镜图像。该病毒的图像已被着色,使其更易于查看。病毒表面的树冠状形状清晰可见。

新型冠状病毒最清晰电子显微镜图像公布,和SARS真是孪生兄弟

SARS病毒电子显微镜图像,看起来和新型冠状病毒真的是孪生兄弟!

日本肯高电子显微镜,带你通往未知世界,看熟悉的事物竟如此陌生

做父母的一定都深有体会,在孩子的玩耍和学习之间,好像有着一条无法跨越的鸿沟。

日本肯高电子显微镜,带你通往未知世界,看熟悉的事物竟如此陌生

出于感性,总希望孩子成长的更开心更快乐,多一些玩耍的时间,

可是在理性上,看着现在社会竞争压力越来越大,节奏越来越快,不由得被卷进竞争的漩涡,总觉得让孩子学多少都不算多。真是鱼和熊掌不可兼得!

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其实也未必,换个角度想,谁说玩耍中不能学习呢?不是有个词叫寓教于乐吗?

其实为孩子找对玩耍的方向,在玩乐的过程中同样能够收获知识,同时还能开发他们对未知世界的好奇心,从而有更大的动力去学习!

当然,这就需要做父母的有一双指引方向的慧眼了。

日本肯高电子显微镜,带你通往未知世界,看熟悉的事物竟如此陌生

最近,日本肯高推出了一款便携式显微镜,不知道家长们有没有留意,用它作为孩子们在玩乐中学习的小道具,再合适不过了。

我们大人们都知道,显微镜是学生时代生物课上一定会用到的一种仪器,没想到现在科技发展的连显微镜都可以作为玩具随身使用了,大写的厉害~

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整个机身重量仅有32克左右,可放大60-120倍,一只手就能轻松握住,放在口袋里随身携带也毫无压力。口袋里放个显微镜,你们想象一下,是不是比放个小汽车、变形金刚啥的高级多了!

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它的整体构造是这样的:

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上端的全光学玻璃目镜,就像我们平常使用的望远镜一样,能够让观看的物体成像清晰锐利。

目镜连接着变倍环,在观察的时候轻轻转动,就能放大或缩小所观察的景象;

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下方搭配了聚焦环,采用阻尼防滑设计,让孩子们操控起来更加顺手,并且对焦精准顺畅,用于调整影像的清晰度。

最下方的镜头附近有一个LED灯,作为辅助光源,即使在黑暗的环境下也不妨碍观察效果,可以说全天候都能随心使用咯。平时使用只要搭配一节7号电池就OK!

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接下来就是见证奇迹的时刻了!

家里面的洋葱表皮、白菜叶表面什么的,都能观察得一清二楚,当你的孩子“哇”的一声惊呼的时候,恭喜你,从此他就开始了在家中的地毯式搜索,遇见什么都想用显微镜观察一下……

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▲花朵里的花蕊

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▲几粒沙子

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▲一片树叶

当孩子开始不满足于家里的探索,就意味着可以带他出门走走了。

公园里花朵的花蕊,草丛中蚂蚁、毛毛虫的躯干,地上的土壤啊沙子啊,一个也不放过!一通下来不禁感叹,原来显微镜下的一切都变了样,简直太神奇了!

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久而久之,孩子对世界的面貌也有了全新的理解,同时更引发了他们更深层次的思考:世界到底是由什么构成的呢?我们用肉眼看不到的东西,又对我们的每天的生活有着怎样的影响呢?

一系列的小问题便接踵而至,让他们主动学着揭开这个世界的神秘面纱,从而也开始对大自然万物产生强烈的兴趣,最终成功激发了他们学习的动力!

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相比之下,iPad上面机械死板的小游戏,也就失去了往日的吸引力,从坐在家中沉迷电子屏幕,到走出家门探索大自然,孩子们的身体和心灵,也都得到了更加健康的发育。

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可以说,一只小小的便携显微镜,成为了孩子们通往新大陆的任意门,也让孩子们因此而爱上科学,没准偶然一次的探索发现,就成就了下一个达尔文呢?

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日本肯高便携式显微镜
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电子显微镜下的冠状病毒

病毒很小,不仅肉眼看不到,最好的光学显微镜也无济于事

借助电子显微镜才能揭开病毒的面纱

提供“眼见为实”的参考

1933年,发现的鸡传染性支气管炎病毒是人类发现的第一种冠状病毒。目前(注:指2016年)已发现6种冠状病毒可感染人类。

1966年和1967年,分别从上呼吸道感染患者呼吸道样本中分离出人冠状病毒性(HCoV) 229E 和OC43。

2003年,发现了严重急性呼吸综合征冠状病毒( SARS-CoV)。

2004年,从荷兰一急性支气管炎患儿的呼吸道样本中分离获得冠状病毒NL63,同年在香港一71 岁肺炎患者呼吸道样本中发现HKUl。

2012年,发现了中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)。

【基本特征】

冠状病毒科属于巢病毒目( Nidovirales ) ,分为冠状病毒亚科(Coronavirinae)和环曲病毒亚科(Torovirinae)。冠状病毒亚科分为α、β、γ和δ四个属。感染人的冠状病毒分属于α属(HCoV-229E、NL63)和β属(HCoV-OC43、HKU1、SARS-CoV和MERS-CoV)。在β属中HCoV-OC43与HKU1属于a组,SARS-CoV和MRES-CoV分别属于b组和c组。

冠状病毒对理化因素的抵抗力较弱。以SARS-CoV为例,56℃60min可灭活病毒。α属冠状病毒229E可以用人二倍体细胞进行分离培养,NL63可感染猴肾来源的LLC-MK2和Vero细胞; β属中OC43可感染Vero细胞,HKU1较难分离培养,可用人原代气道上皮细胞进行分离。SARS-CoV能感染LLCMK2、Vero、Vero-E6和MA104等猴肾细胞系; MERS-CoV对灵长类、猪和蝙蝠来源气道细胞和肾细胞等多种细胞系敏感,如LLC-MK2、Vero、RoNi/7 (蝙蝠肾细胞来源) ,并能够在山羊的肺脏和肾脏来源的细胞系及骆驼肾细胞中复制产生病毒颗粒。

冠状病毒基因组为不分节段的单股正链线状RNA,感染人类的6种HCoV的长度为27 000 ~ 31 000 个核苷酸。编码包含16 个非结构蛋白(NSP) 、ORF2a、血凝素-酯酶(HE) 蛋白(仅β属部分成员编码)、刺突蛋白(S),ORF5a、囊膜蛋白(E)、膜蛋白(M)和核衣壳蛋白(N)。在CoV基因组编码的20余种蛋白中,主要的结构蛋白包括S蛋白、N蛋白、M 蛋和E 蛋白。其中,S蛋白是病毒的主要中和抗原,与病毒感染宿主的过程密切相关;N蛋白在病毒复制时大量表达,常用作诊断抗原。

【传播途径】

冠状病毒通过呼吸道或粪口途径传播,可引起呼吸道、胃肠道和神经系统症状。

HCoV主要通过飞沫和密切接触传播(SARS-CoV还可通过气溶胶传播) 。HCoV-O C43、229E、HKUl和NL63的感染引起的症状一般较轻,主要为普通感冒,在老人、免疫力低下人群和儿童可导致肺炎。

SARS-CoV和MERS-CoV除了导致肺炎和急性呼吸窘迫综合征,还可导致全身多脏器功能衰竭。人群对HCoV普遍易感,大部分人在儿童期即感染过OC43、229E、HKUl和NL63,并可反复感染。

【形态学和超微结构】

1.负染观察冠状病毒有包膜,病毒颗粒多为球形,直径50~200nm,具有多形性特征。包膜上有显著的刺突结构,刺突长12~24nm ,直径约1nm, 与包膜接触的一端稍细。包绕病毒包膜的刺突呈日冕状因而得名,是冠状病毒的特征性结构。人呼吸道冠状病毒突起呈花瓣状包绕在病毒颗粒周围(图1);而人肠道冠状病毒突起为鼓槌状,有时呈长短相间排列成双层。

电子显微镜下的冠状病毒

2.超薄切片观察位于细胞外的成熟冠状病毒多呈高电子密度的球形,刺突结构不易识别(图2)。

电子显微镜下的冠状病毒

SARS-CoV感染的细胞质内出现大量囊泡,该结构是冠状病毒感染的特征之一(图3)。

电子显微镜下的冠状病毒

病毒颗粒可向囊泡腔内出芽,成熟的病毒颗粒最终聚集在囊泡内,多呈球形,直径80 ~ 120 nm(图4 )。

电子显微镜下的冠状病毒

当病毒核衣壳接近病毒包膜分布时,病毒颗粒呈现周围高电子密度、中心低电子密度的形态。通常,细胞质中囊泡内病毒颗粒的刺突结构不易辨别。存在病毒颗粒的囊泡内还可见到管状结构,此结构直径约2nm,长度不等。

在冠状病毒形态发生过程中,细胞质内还可出现游离状态的圆形、肾形、大小不等、形态各异的高电子密度的病毒样颗粒(图5)。

电子显微镜下的冠状病毒

包裹病毒的囊泡可开口于细胞膜表面,病毒颗粒可由此释放脱离细胞(图6) 。

电子显微镜下的冠状病毒

本文内容摘自中国疾控中心病毒病所洪涛院士及中国医学科学院病原生物学研究所王健伟研究员主编的《医学病毒图谱》一书。

利用透射电子显微镜技术对病毒形态进行识别是病毒鉴定的重要手段之一,也是对新发和突发病毒性传染病及生物恐怖事件病原体鉴定的重要手段之一。本书是国内首部较为系统、全面介绍病毒形态理论、病毒形态及相关技术的图书,对临床诊断、科学研究、教学及从事病毒形态研究的人员具有重要的参考价值。

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