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1、显微成像2004-6-142004-6-14显微图像噬菌体2004-6-142004-6-14显微图像AIDSSARS2004-6-142004-6-14显微图像炭疽杆菌登革热2004-6-142004-6-14显微图像螺旋菌 (光学显微境下)螺旋菌 (电子显微镜下)2004-6-142004-6-14显微图像骨髓细胞2004-6-142004-6-14显微图像细胞分裂时染色体变化扫描隧道显微镜下 看到的硅表面硅原子2004-6-142004-6-14显微图像CD表面放大图(扫描电镜)2004-6-142004-6-14要点n显微镜的发明n显微镜的发展n显微镜的分类n显微成像的应用2004-6
2、-142004-6-14第一台显微镜的发明一个偶然的发现n显微镜是16世纪末叶，荷兰密得尔堡 一个眼镜店的老板詹森和他的父亲罕 斯发明的。n1590年，詹森无意中把两片凸玻璃片 装到一个金属管子里，并用这个管子 去看街道上的建筑物，意外发现教堂 高塔上大公鸡的雕塑比原来大了好几 倍。詹森父子俩抓住这个偶然的发现 ，认真思索，反复实践，用大大小小 的凸玻璃片做各种距离不等的配合终 于发明了世界上第一台显微镜。2004-6-142004-6-14第一台显微镜的发明一个偶然的发现n詹森制造的是第一台复合式显微镜 。使用两个凸透镜，一个凸透镜把 另外一个所成的像进一步放大，这 就是复合式显微镜的基本原
3、理。复合式显微镜2004-6-142004-6-14显微镜的发展n1665年，英国科学家罗伯特胡克用他 的显微镜观察软木切片的时候发现了 细胞。不过，詹森时代的复合式显微 镜并没有真正显示出它的威力，它们 的放大倍数很低。n荷兰人安东尼冯列文虎克Anthony Von Leeuwenhoek ，1632-1723)制造的 显微镜单片显微镜的放大倍数将近300 倍，超过了以往任何一种显微镜。2004-6-142004-6-14显微镜的发展胡克列文虎克2004-6-142004-6-14显微镜的发展胡克的显微镜列文虎克的显微镜2004-6-142004-6-14显微镜的发展n1819世纪，复合式显
4、微镜得到了充 分的完善，人们发明了能够消除色差 和其他光学误差的透镜组，与现在我 们使用的普通光学显微镜相仿。光学 显微镜已经达到了分辨率的极限。n提高显微镜分辨率的途径之一就是设 法减小光的波长。根据德布罗意的物 质波理论，运动的电子具有波动性， 速度越快，它的“波长”就越短。如果 能把电子的速度加到足够高，并且汇 聚它，就有可能用来放大物体 。2004-6-142004-6-14显微镜的发展 光学显微镜2004-6-142004-6-14显微镜的发展 光学显微镜2004-6-142004-6-14显微镜的发展 光学显微镜2004-6-142004-6-14显微镜的发展n1938年，德国工程
5、师Max Knoll和Ernst Ruska 制造出了世界上第一台透射电子显微镜(TEM) 。n1952年，英国工程师Charles Oatley制造出了第 一台扫描电子显微镜(SEM)。n电子显微镜的分辨率可以达到纳米级(10-9m)。 可以用来观察很多在可见光下看不见的物体, 例如病毒。电子显微镜下的蚊子 2004-6-142004-6-14显微镜的发展 透射电镜Max Knoll(1897-1969)Ernst Ruska(1906-1988) 2004-6-142004-6-14显微镜的发展 透射电镜2004-6-142004-6-14显微镜的发展 透射电镜2004-6-142004-
6、6-14显微镜的发展 扫描电镜Charles Oatley2004-6-142004-6-14显微镜的发展 扫描电镜2004-6-142004-6-14显微镜的发展 扫描电镜2004-6-142004-6-14显微镜的发展 电镜图片2004-6-142004-6-14显微镜的发展 电镜图片染色体结合杆菌2004-6-142004-6-14显微镜的发展 电镜图片2004-6-142004-6-14显微镜的发展n1983年，IBM公司苏黎世实验室的两位 科学家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer发明 了扫描隧道显微镜（STM）。这种显微 镜比电子显微镜更先进， 分辨率可以达 到单
7、个原子的级别，它完全不同于传统 显微镜的概念。n扫描隧道显微镜依靠 “隧道效应”工作， 它使用一根探针，探针距离物体表面很 近，大约在纳米级的距离上，探针和物 体之间加上电压，电子会穿过物体与探 针之间的空隙，形成一股微弱的电流。 如果探针与物体的距离发生变化，这股 电流也会相应的改变。通过测量电流我 们就能知道物体表面的形状。2004-6-142004-6-14显微镜的发展 扫描隧道显微镜Gerd BinnigHeinrich RohrerThe 1986 Nobel Prize for Physics honored three of the inventors of the electr
8、on and scanning tunnel microscopes, Ernst Ruska, Gerd Binnig and Heinrich Rohrer.2004-6-142004-6-14显微镜的发展 扫描隧道显微镜2004-6-142004-6-14显微镜的发展 扫描隧道显微镜2004-6-142004-6-14显微镜的发展 STM图片2004-6-142004-6-14显微镜的发展 STM图片硅表面纳米算盘2004-6-142004-6-14显微镜的发展 STM图片由单个原子构成 的“IBM”2004-6-142004-6-14显微镜的分类n光学显微镜(Light microsc
9、opy,LM) l简易显微镜 简易显微镜是由一个或一组正透镜(平 凸或双凸透镜)所组成。此种显微镜焦距短 ，观察时，眼精要非常接近透镜，透镜也必 须十分靠近物体。放大倍数在20倍以下，一 般使用的放大镜即是显微镜的一种。l复式显微镜 复式显微镜是由二个或二组透镜和机 械本体组成，是一般实验室内观察生物标本 所用的仪器。显微镜的二组透镜分别称为接 物镜(简称为物镜)和接目镜(简称目镜)。2004-6-142004-6-14显微镜的分类n电子显微镜 (Electron microscopy, EM)l扫描式电子显微镜(SEM)扫描式电子显微镜主要用于观察固体表 面的形貌，也能与 X射线衍射仪或电子
10、能谱 仪相结合，构成电子微探针，用于物质成分 分析。 l穿透式电子显微镜(TEM)穿透式电子显微镜常用于观察那些用普 通显微镜所不能分辨的细微物质结构。2004-6-142004-6-14显微成像的应用n荧光探剂与激光扫描共焦显微术 激光扫描共焦显微术的基本原理是，在 细胞内一个任意选定的深度上将激光束聚焦 成线度接近单个分子的极小的斑点，并在细 胞内一定深度的层面上进行扫描，通过光学 系统，即可得到细胞一个层面的清晰图象。 连续改变激光的聚焦深度，在一系列的层面 上进行扫描，最后获得整个细胞的三维图象 。利用目前已达上千种与细胞内不同分子（ 或离子）特异性结合的荧光探针，人们就可 以直接观测
11、活细胞中各种重要生物分子的位 置、运动以及与其它分子的相互作用等。2004-6-142004-6-14显微成像的应用激光扫描共焦线显微镜2004-6-142004-6-14显微成像的应用n多光子荧光成像技术 共焦显微成像术使用的是可见光波段的 氩离子激光器，可能引起活细胞的损伤。随 着显微成像技术的快速发展，荧光共振能量 转移现在在国际上越来越多地应用于单分子 标记与检测，如单个DNA分子的检测。国际 上还采用多光子显微技术进行活体神经成像 、胚胎发育的全程动态观察、光激活与光解 、分泌与新陈代谢等方面的研究，以及采用 这项技术首次在活体动物上高分辨观测了脑 皮层上神经元的结构与功能信号。20
12、04-6-142004-6-14显微成像的应用n双光子显微成像技术 双光子激发主要是使用高强度红外激光 ，使双光子的激发效率与短波长的单光子相 当。有以下三个优点：一是由于近红外光激 发，故对活细胞的损伤大大减小；二是在组 织中由于近红外光比可见光的透光率高，因 此可观测样品中更深层的荧光成像；三是许 多用在可见区甚至紫区的荧光探剂照样可以 使用。2004-6-142004-6-14TermsnMicroscope:显微镜nMicroscopy:显微技术nFluorescence:荧光nFluorescence Imaging:荧光成像nMultiphoton Microscopy:多光子显微
13、技术nSARS: Severe Acute Respiratory SyndromenAIDS: Acquired Immune Deficiency Syndrome2004-6-142004-6-14TermsnLM:Light MicroscopynEM:Electron MicroscopynTEM:Transmission Electron MicroscopynSEM:Scanning Electron Microscopy nSPM:Scanning Probe MicroscopynSTM:Scanning Tunneling MicroscopynAFM:Atomic Force Microscopy2004-6-142004-6-14
