环境扫描透射显微镜

电子显微镜已经成为表征各种材料的有力工具。 它的多功能性和极高的空间分辨率使其成为许多应用中非常有价值的工具。 其中，两种主要的电子显微镜是透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）。 在这篇博客中，将简要描述他们的相似点和不同点。

病毒作为一种病原体一直受到学术界的广泛关注。然而由于病毒通常尺寸较小，传统的光学显微镜往往难以满足其形态观测的需求，这使得高分辨率的透射电子显微镜成为了当前病毒学研究的一个重要手段，可以用来研究病毒的结构和成分。目前使用的透射电子显微镜进行病毒颗粒的检测和识别仍面临着巨大的挑战。这是因为病毒的主要组成部分多为含碳的轻元素有机物，这类样品很容易被高能电子束穿过，造成其光学衬度较低，且由于共价键化合物的低稳定性使得其在传统电子显微镜的高加速电压 (一般为80-200 kV) 下非常不稳定，不适合直接进行观察。因此病毒的形态学观察一般采用负染色成像技术，需要在观测前对样品进行复杂的负染操作，占有大量的时间，且可能会掩盖掉一些病毒的形貌特征，造成使用透射电子显微镜观测病毒的门槛较高。为了解决这一难题，低压透射电子显微镜（Low Voltage Electron Microscope, LVEM）应运而生。LVEM突破了传统透射电子显微镜的80 kV加速电压的低限，研究人员可在低压下观察轻质生物样品，无需染色，简化了样品制备流程；同时该设备可在保证高图像对比度的前提下，使用温和的加速电压进行病毒形态学的检测和识别，能够识别以往可能被污渍和负染的瑕疵所掩盖的病毒特征。

针对环境扫描/透射电子显微镜对样品杆中的真空压力气氛环境和流体流量精密控制控制要求，本文提出了更简单高效和准确的国产化解决方案。解决方案的关键是采用动态平衡法控制真空压力，真空压力控制范围为1E-03Pa~0.7MPa；采用压差法控制微小流量，解决了以往采用质量流量控制器较难对混合气体和微小流量准确控制的难题，可实现气体和液体在0.005sccm~10slm范围内的流量的高精度控制。

环境扫描电子显微镜(ESEM)中所指的环境并非真正意义上的大气环境(760Torr)，与传统扫描电子显微镜(SEM)样品室高真空库相比，ESEM 样品室的真空度可以很低(约达 20 Torr)。ESEM 是在传统的SEM 样品室中多一个 GSED 探头，因此，它在传统的 SEM 基础上增添了新的功能。其主要的特点是，可以观察合适量水分的样品和非导体材料样品，比如植物的叶片、动物中的昆虫、作物的籽粒、含结晶水的固体材料等。

利用激光扫描共聚焦显微镜并结合三维重建软件可以精确获取有机包裹体的气液比。有机包裹体气泡部分采用透射光通道进行系列深度扫描，选取气泡直径最大处的扫描图象进行直径测量，并利用球体体积计算公式得到气泡体积，避免了由于油包裹体液相石油所发出的强烈荧光的遮挡造成的气泡体积偏小；将共聚焦扫描图象进行三维重建获取精确的有机包裹体总体积，与计算所得的气泡体积共同确定出有机包裹体的气液比。利用该方法对渤海湾盆地渤中凹陷BZ25-1-3井的一块流体包裹体样品的气液比进行了研究，测试的气液比为6.85％。精确获取有机包裹体的气液比不仅能为包裹体PVT性质的研究提供精确参数，还对流体包裹体微观性质的对比研究提供了借鉴，具有重要意义。

摘要 利用激光扫描共聚焦显微镜并结合三维重建软件可以精确获取有机包裹体的气液比。有机包裹体气泡部分采用透射光通道进行系列深度扫描，选取气泡直径最大处的扫描图象进行直径测量，并利用球体体积计算公式得到气泡体积，避免了由于油包裹体液相石油所发出的强烈荧光的遮挡造成的气泡体积偏小；将共聚焦扫描图象进行三维重建获取精确的有机包裹体总体积，与计算所得的气泡体积共同确定出有机包裹体的气液比。利用该方法对渤海湾盆地渤中凹陷BZ25-1-3井的一块流体包裹体样品的气液比进行了研究，测试的气液比为6.85％。精确获取有机包裹体的气液比不仅能为包裹体PVT性质的研究提供精确参数，还对流体包裹体微观性质的对比研究提供了借鉴，具有重要意义。

近年来，在催化领域中，真实的催化反应过程成为广大学者研究热点。 原位扫描透射电镜能够实现时 观察 样品的反应过程，监测变化。 样品的反应过程，监测变化。其 中日立的 冷场300KV的HF3300型扫描透射电镜配备了独特的真空系统 (差分 泵)。

近年来，在催化领域中，真实的催化反应过程成为广大学者的研究热点。原位扫描透射电镜能够实现实时观察样品的反应过程，监测样品的变化。其中日立的冷场300KV的HF3300型扫描透射电镜配备了独特的真空系统(差分泵) 。气体可以直接通入样品室与样品进行反应，到达样品表面的压力最 高能够达到10Pa；配备的新型冷场枪更加稳定，亮度更强，发射电流更加稳定；宽真空范围二次电子探头的加入，能够实现同时观察样品的明场，暗场及二次电子像，从而实现对催化反应过程全方位的了解。

目前，电子显微镜技术(electron microscopy)已成为研究机体微细结构的重要手段。常用的有透射电镜 (transmission electron microscope，TEM)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)。与光镜相比电镜用电子束代替了可见光，用电磁透镜代替了光学透镜并使用荧光屏将肉眼不可见电子束成像。

SEM/TEM电镜样品对于前处理有如下三点应用需求：1.等离子清洗；2.等离子活化；3.高真空存储。针对扫描电镜领域，导电差的样品易于在场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）中形成“积碳”的问题；以及在透射电镜领域，有机污染物影响高分辨成像及STEM成像产生“白框”碳污染的问题，可以通过RF射频离子源在样品放入扫描电镜或透射电镜观察表征之前，对样品进行真空等离子清洗的工艺来减轻甚至消除积碳影响。离子清洗的工作原理为：RF射频离子源通入氧气后产生的等离子体被电磁场束缚于离子源内部；只有部分电中性的活性氧原子由于气压差的作用源源不断地被“挤压”进入到样品腔室内，与样品表面残留的有机污染物发生化学反应，生成CO2，CO，H2O并被真空泵组抽出；最终实现样品成像无积碳之目的，同时提高成像分辨率及衬度。离子活化原理与离子清洗原理类似，RF射频离子源通入氧气后产生的等离子体被电磁场束缚于离子源内部。只有部分电中性的活性氧原子由于气压差的作用源源不断地被“挤压”进入到样品腔室内，与样品表面发生作用，提高表面能使之亲水（表面氧原子与水形成氢键，使后者有序平铺）。但样品的表面能量高，处于不稳定状态，故亲水效果不会维持太久（~几十分钟）。高真空存储电镜样品及透射样品杆的原理为：真空泵组选用无油分子泵和无油隔膜泵，可以避免油污染的影响。并且由于采用分子泵+隔膜泵两级真空系统设计方案，系统能够实现高本底真空度，将样品表面残留气体及污染物抽走，避免样品前处理导致的二次污染问题。

在早期的研究中，研究者们的焦点集中在细胞器上，其中线粒体和内质网被研究得非常透彻。脑组织的细胞结构也开始使用透射电子显微镜（TEM）来观察。在使用透射电子显微镜（TEM）来进行研究期间，扫描电子显微镜（SEM）才刚刚开始成为观察样品表面形貌的工具，直到20世纪60年代和70年代才被正式运用 [1]。这篇博客提供了一些最近在细胞生物学应用研究中涉及到扫描电镜（SEM）的案例。

扫描电子显微镜是观察物质微观表面形貌的主要工具，它主要由真空系统、电子光学系统、图像系统和控制系统组成。现代扫描电子显微镜图像显示系统和控制系统都已经实现PC控制下的数字化，同时增加了图像处理功能，能够容易的与通用软件相结合，方便编辑报告、论文和信息传送。对于早期模拟图像系统和专用计算机控制的数字图像系统的扫描电子显微镜可以通过外接计算机图像采集系统实现模拟图像数字化，或图像系统数字化。什么是模拟图像数字化？就是将获取的图像模拟信号经过模数转换器（ADC）变成数据输入到计算机中存储、显示和处理。根据这种原理制成的图像系统，就是我们常说的被动式图像系统。其优点：采集卡电路简单，价格便宜。缺点：安装、调试困难，因为它需要和扫描电子显微镜的扫描系统同步，所以要改变原扫描电子显微镜内部电路，稍不小心就会造成事故，给扫描电子显微镜带来硬伤。另外，由于不能和扫描电子显微镜扫描真正同步，采集到的图像变形，最为明显的是圆变为椭圆，同时不能实时处理，只有将采集到的图像存储以后进行处理，才可以输出。什么是图像系统数字化？用数字扫描系统替代模拟扫描系统，由此获取的图像信号数据，完全对应电子束扫描点上的样品信息，图像显示分辨率对应电子束在样品上扫描过的行和列的点数，图像扫描和图像显示全数字化。需要说明的是现代数字扫描电子显微镜自定义分辨率值为：1024×1024，这是一个最佳值（从采集速度和分辨率两方面考虑），这和被动式图像系统所谓的图像分辨率不是一个概念。我们称这样的系统为主动式图像系统，国外升级扫描电子显微镜也是采用此种方法。其优点：图像质量高，速度快，不会产生图像变形等问题，安装简单，因为所有扫描电子显微镜都预留有外部图像控制接口，当外部控制信号到来时，内部扫描部分自动被旁路，显示部分被消隐，不需要改变任何内部电路结构。缺点：采集卡电路复杂，成本高。 综述，以上介绍了两种扫描电子显微镜改造图像系统的方法，最主要的区别在于是“被动式图像系统”还是“主动式图像系统”上，其中主动式图像系统是近年来国际上普遍使用的，因为被动式图像系统是一种早期图像数字化过渡产品，所谓的图像分辨率实质上是模拟信号取样点数，并非数字图像分辨率，像质较差，而主动式图像系统标称的分辨率才真正是数字图像分辨率，可以有效提高图像质量。

LiteScope™ 是一种独特的扫描探针显微镜（SPM）。 它设计用于轻松集成到各种扫描电子显微镜（SEM）中。 组合互补的SPM和SEM技术使其能够利用两者的优势。使用LiteScope™ 及其可更换探针系列，可以轻松进行复杂的样品分析，包括表面形貌，机械性能，电性能，化学成分，磁性能等的表征。

在早期的研究中，研究者们的焦点集中在细胞器上，其中线粒体和内质网被研究得非常透彻。脑组织的细胞结构也开始使用透射电子显微镜（TEM）来观察。在使用透射电子显微镜（TEM）来进行研究期间，扫描电子显微镜（SEM）才刚刚开始成为观察样品表面形貌的工具，直到20世纪60年代和70年代才被正式运用 [1]。这篇博客提供了一些最近在细胞生物学应用研究中涉及到扫描电镜（SEM）的案例。

显微镜法清洁度测试与扫描式清洁度是颗粒物清洁度测试两种主要的测试方法，关于两种测试手段的争论目前还在继续，本文主要简单介绍显微镜法清洁度测试与扫描式清洁度测试对比

氮化硅薄膜窗口广泛应用于同步辐射光源中的扫描透射软X射线显微镜和原位透射电镜，但氮化硅薄膜只有几百纳米的厚度，很容易因真空抽取初期的快速压差变化造成破裂。为此，本文提出了线性缓变压力控制解决方案，即控制安装有氮化硅薄膜窗口的真空腔内的气压，按照固定的速度进行缓慢减压，从而实现氮化硅薄膜窗口的防止。同时本解决方案对以往的高精度控制方案进行了简化，简化为只用一只皮拉尼真空计和只控制电动球阀。

在早期的研究中，研究者们的焦点集中在细胞器上，其中线粒体和内质网被研究得非常透彻。脑组织的细胞结构也开始使用透射电子显微镜（TEM）来观察。在使用透射电子显微镜（TEM）来进行研究期间，扫描电子显微镜（SEM）才刚刚开始成为观察样品表面形貌的工具，直到20世纪60年代和70年代才被正式运用 [1]。这篇博客提供了一些最近在细胞生物学应用研究中涉及到扫描电镜（SEM）的案例。

扫描电子显微镜成像的基本原理是通过灯丝枪产生一定量的游离电子，经高压加速获取更大的动能，与样品表面碰撞，产生二次电子和背散射电子信号，经由相关探测器接收，转化成我们直观看到的图像。那么一个样品最终的成像效果好或者不好的判断依据有哪些呢？直观的感觉是这张照片好不好看，清不清晰。归根结底就两个特点来决定：1、照片清晰程度，这一点由分辨率决定；2、照片的细节呈现，这一点由加速电压和电子束质量决定。在一定程度上，提高加速电压，是有助于分辨率提升的，但带来的明显副作用就是电子穿透效应，使得样品形貌变得透明化，表面细节虚化，无法判断，这便成了一个矛盾的选择。所以，只考虑提升加速电压来提高照片清晰度，并不是上上策。

为了解决传统基于激光反射原理AFM在液体中测量样品过程中所遇到的问题。Quantum Design公司推出了基于全电系统的生物学AFM-AFSEM。使用AFSEM对液体中样品表征时，无需繁琐的制样过程，扫描探针进入液体中直接扫描即可。在扫描模式上，AFSEM可在对液体中样品扫描时提供接触和轻敲两种模式，扫描过程中尽可能减少对样品的损伤。由于AFSEM是一款基于全电系统的AFM，可以在不透明液体中对样品进行扫描。突破性地解决了以往AFM不能在不透明液体中扫描样品这一难题。后，由于AFSEM的体积仅有手掌大小，如图1所示，AFSEM可以与各种光学显微，电子显微镜，FIB等多平台结合。

在搭建具有纳米分辨率的X射线显微镜时，对于系统稳定性的要求提出了更高的要求。在整个过程中实验过程中，必须确保各个组件以及组件之间的热稳定性和机械稳定性。德国attocube的IDS3010激光干涉仪具有优异的稳定性和测量亚纳米位移的能力，表现出优异的性能。IDS3010在40小时内具有优于1.25nm的稳定性，并且在100赫兹带宽的受控环境中具有优于300pm的分辨率。因此，IDS3010是对所述X射线显微镜装置中使用的所有部件进行机械控制的不二选择，使得整个X射线显微镜实现了40nm的分辨率，而在数据收集所需的整个时间内系统稳定性优于45nm。

扫描热显微镜是一种原子力成像模式，绘制样品表面热传导性的变化。与原子力其他测量材料特性模式（LFM，MFM，EFM）相似，扫描热数据能与形貌像数据同时获得。扫描热模式需要使用特殊的纳米制作的测温探针。

布鲁克独有的PeakForce SECM™ 模块是全球首创的完备商用解决方案，在基于原子力显微镜的扫描电化学显微镜上实现了小于100纳米的空间分辨率。

本文针对只能在高真空下使用的扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜，介绍了低真空升级改造的技术方案，通过增加低真空控制装置可实现低真空的精密控制，控制精度可达到1%以内，从而使普通电镜和光学显微镜具有低真空观察功能，拓展和挖掘现有设备应用范围和潜力。

采用岛津扫描探针显微镜SPM-9700HT，可以对页岩样品进行不同扫描范围下的测试，并准确清晰地表征页岩的孔形貌、孔结构分布、孔隙率、孔径分布。

随着荧光蛋白的使用增加，荧光成像技术已经成为一个重要的应用。此外，电子显微镜能够提供高分辨率的观察， 透射电子显微镜（TEM）能够观察薄片样品的结构，而扫描电镜（SEM）常用来观察样本表面的形貌。多年来，植物科学和扫描电镜一直是密切相关的。这篇博客将会告诉你如何使用扫描电镜，以及它的优势和面临的挑战。需要注意的是，相比工业制造中的应用，扫描电镜不仅可以用于研究解剖学和生理学，还可以分析植物成分，如纤维。

由于遗传、年龄、营养、睡眠不足、精神压力等原因，乌黑靓丽的头发逐渐被干枯毛躁的白发取代。通过光学显微镜观察发现，头发由黑变白后，表面的鳞片结构也随之发生改变。本文使用岛津原子分辨率级别的扫描探针显微镜SPM-9700HT分别测试了人类黑头发和白头发的表面形貌结构，有望对白头发产生的机理研究提供一定的数据支持。

近日，格拉茨技术大学相关团队提出了基于聚焦电子束诱导沉积（Focused Electron Beam Induced Deposition，FEBID）方法制备具有准确纳米尺度3D几何结构的等离子体纳米结构。同时，作者通过FusionScope多功能显微镜和透射电镜（TEM）对相应的3D纳米结构进行了原位几何尺寸的表征。然后，使用扫描透射电子显微镜的电子能量损失谱仪（STEM-EELS）对所制备的3D纳米结构的等离子性能进行表征。所测量的结果与相关模拟计算结果相比，两者结果相互吻合，证明了通过FEBID的方法制备3D等离子体纳米结构的可行性。相关工作以《Spectral Tuning of Plasmonic Activity in 3D Nanostructures via High-Precision Nano-Printing》为题在SCI期刊《Advanced Functional Materials》上发表。

蚊子独特的翅膀结构使其具有独特的飞行原理。本文使用岛津原子分辨率级别的扫描探针显微镜SPM-9700HT测试了蚊子翅膀边缘处鳞片的表面形貌结构，并进行了剖面数据分析，有望拓展人们对于蚊子等生物翅膀结构的深入认知。

氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，因经氧化后，其上含氧官能团增多而使其性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善其本身性质，从而具有良好的润湿性能、水分散性和表面活性，将在改善材料的热学、电学、力学等综合性能方面发挥重要作用。本文参考国家标准GB/T 40066-2021《纳米技术 氧化石墨烯厚度测量 原子力显微镜法》，采用岛津扫描探针显微镜测试了氧化石墨烯样品的表面形貌，并通过线性拟合法计算了氧化石墨烯的厚度，希望对氧化石墨烯的研究提供一定的帮助。

日立高新技术公司于2016年4月15日在全球发布了新型扫描电子显微镜——FlexSEM 1000。该产品结构紧凑，占地面积小，但分辨率不输大型电镜，同时操作极其简便，几乎不用培训就可操作，即便是初次操作者也能快速拍出高质量图像。另外，新开发的导航功能「SEM MAP」可使用各种光学图片或电镜照片进行导航，一键就快速精准地切换至感兴趣的高倍率视野。