电镜的最新技术和发展趋势分析

　　在2009年4月9日召开的“2009中国科学仪器发展年会”上，国家生物医学分析中心张德添教授为与会人员介绍了电镜的最新技术并分析了相关技术发展趋势。

　　一、大力发展新一代球差校正器和单色器，以进一步提高电镜的分辨本领。同时场发射枪电镜日趋普及和应用。

　　通过对“球差系数”和“色差系数”的比较分析，得出结论：

　　1、物镜球差校正器把场发射透射电镜分辨率提高到信息分辨率，即从0.19nm提高到0.12nm甚至于小于0.1nm.;2、聚光镜球差校正器把STEM的分辨率提高到小于0.1nm，同时，聚光镜球差校正器把束流提高了至少10倍，非常有利于提高空间分辨率;3、利用单色器，能量分辨率将小于0.1eV。

　　同时场发射枪电镜日趋普及和应用：

　　TEM(场发射枪透射电镜)：能够提供高亮度、高相干性的电子光源。因而能在原子和纳米尺度上对材料的原子排列和种类进行综合分析。

　　SEM(场发射枪扫描电子显微镜)：1、常规的热钨灯丝电子枪扫描电子显微镜，分辨率最高只能达到 3.0nm;2、新一代的场发射枪扫描电子显微镜，分辨率可以优于1.0nm;3、超分高辨率的扫描电镜，其分辨率高达0.5nm-0.4nm。

　　ESEM(环境扫描电镜)：1、真正的“环境”条件。样品可在100%的湿度条件下观察;2、生物样品不要镀膜，可以直接上机进行动态的观察和分析;3、可以“一机三用”。高真空、低真空和“环境”三种工作模式。

　　二、发展高性能，智能化，功能化，综合型和小型化的电镜是今后发展的趋势。

　　1、智能化：在仪器设备方面，目前电镜的操作系统已经使用了全新的操作界面。用户只须按动鼠标，就可以实现电镜镜筒和电气部分的控制以及各类参数的自动调节。

　　2、电镜分析工作的网络化：不同地区之间，可以通过网络系统，演示如样品的移动，成像模式的改变， 电镜参数的调整等。以实现对电镜的遥控作用。

　　3、功能化：配置不同的附件。为了尽可能扩大电镜的应用范围，它可以根据需要配置不同的附件。如能谱仪、波谱仪、 EBSD、高性能CCD等。这样，可在特定的条件下，在观察样品形貌结构的同时，可以对样品的微区成分、晶体结构等参数进行分析，拍摄到高质量的电镜照片。

　　4、综合型：以“Titan 80-300 kV S/TEM”为例，介绍这款世界上功能最强大的商用透射电子显微镜

　　5、小型化：以“TM-1000台式电子显微镜”介绍这款简单易用电子显微镜，同样可以获得倍率较高、景深大的图像。

　　三、电子显微镜在纳米材料研究中的重要作用。

　　1、透射电镜在纳米材料研究中的应用

　　利用电子显微镜，一般要在200KV 以上超高真空场发射枪透射电镜上，可以观察到纳米相和纳米线的高分辨电子显微镜像、纳米术电子衍射图和电子能量损失谱。如，在电镜上观察到内径为0.4nm 的纳米碳管、Si-C-N 纳米棒、以及Li 掺杂Si 的半导体纳米线等。

　　2、透射电镜在纳米材料生物医学研究中的应用

　　在生物医学领域，纳米胶体金技术、纳米硒保健胶囊、纳米级水平的细胞器结构，以及纳米机器人可以小如细菌，在血管中监测血液浓度，清除血管中的血栓等的研究工作，可以说都与电子显微镜这个工具分不开。

　　四、低温电镜和三维重构技术在结构生物学研究中的重要作用。

　　生物结构决定生物功能，电子显微学是结构测定重要手段之一。通过对“低温电子显微技术”和“生物电镜三维图像重构技术”分析，表明低温电镜和生物电镜三维重构技术在结构生物学研究中起着非常重要的作用。