1595年,當扎恰裡亞斯·楊森發明瞭第一臺現代光學顯微鏡時,這個非常小的世界第一次向人類開放。這種顯微鏡利用玻璃或塑膠透鏡散射的光將物體放大到正常尺寸的2000倍。然而,隨著科學在幾個世紀裡的進步,出現了對能夠看到越來越小物體的更強大的顯微鏡的需求。進入電子顯微鏡。
第一臺電子顯微鏡於1931年由西門子的Reinhold Rundenberg獲得專利。雖然第一個功能要小得多,但現代電子顯微鏡可以將影象放大到原來的200萬倍。為了弄清楚這個比例,電子顯微鏡可以看到單個的核酸,它們是我們DNA的組成部分。
電子顯微鏡透過靜電透鏡或電磁透鏡傳遞電子粒子束,產生其超精細影象,這與光學顯微鏡的原理相似。然而,由於電子束的波長要短得多。波長越短意味著解析度越高。
電子顯微鏡是一個一般的範疇,其中有幾個品種。最常見的兩種是透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡。兩種方法都使用電子束來觀察非常小的物體,但光束的作用方式不同。
透射電子顯微鏡使用高功率光束髮射電子穿過物體。電子束首先透過聚光透鏡,以便將電子束集中在物體上。然後光束穿過物體。一些電子一路透過;另一些則擊中物體中的分子並散開。修改後的光束透過物鏡、投影鏡,進入熒光屏,在熒光屏上觀察最終影象。由於電子束完全穿過物體,散射模式使被觀察者對物體內部有一個全面的瞭解。
掃描電子顯微鏡不像透射電子顯微鏡那樣用集中的電子束穿透物體。取而代之的是,它掃描穿過物體的光束。在掃描過程中,光束根據其所在的錶面損失不同的能量。掃描電子顯微鏡測量損失的能量,從而產生物體錶面的三維影象。掃描電子顯微鏡雖然沒有透射電子顯微鏡那麼強大,但它能夠產生更大物體的綜合放大影象,比如螞蟻的影象。最近,結合了透射和掃描技術的其他電子顯微鏡也被開發出來。然而,所有的電子顯微鏡,無論是透射式、掃描式還是其他的,都採用了透過電子束放大物體的基本原理。
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