从本质上讲，电镜是一种助视仪器。人类认识自然界大部分信息来自眼睛。但是正常人眼在明视距离25cm时，只能将相距0.2mm的两个物体分辨，小于0.2mm的物体结构细节人眼分辨不清。为了能看到生物结构更小的细节，科学家发明了各种助视仪器，不断提高人眼的分辨率，这些助视仪器有放大镜、望远镜、各种显微镜等。
2.电子显微镜科学主要包括三个方面的内容:
1.各种电子显微镜的设计与制造；
在生物电子显微技术中，同样是研究和解决电子显微镜应用于生物学时这三方面的内容。
1932年他们把上述研究成果写成报告井公布于世，人们多把1932年定为“电镜诞生年”。
1939年Ruska等在德国Siemens公司，研制并生产了第一系列商品电镜，其分辨力为10nm，共生产了 40台。
1942年，M.Mullan在剑桥大学研制成功第一台扫描电镜实验室装置；
电子显微镜的定义：它以电子束作为“光源”（电子束的波长比可见光的波长短得多，使电镜的分辨率大幅度提高），利用电磁透镜成象，并与一定的机械装置、电子和高真空技术相结合，所构成的现代化、综合性精密电子光学仪器。
一、透射式电子显微镜松毛虫蛹 是一种电子束透过样品而直接成像的电镜，其电子束的加速电压一般为 50～l00kV，样品厚度1～100nm(一般为50nm左右)。
透射电子显微镜特点：
1．分辨率极高 点分辨率0.2～0.3nm，晶格分辨率0.1～0.2nm。
2.放大倍数高、变化范围广：几百倍至到几十万可调。
3．制样技术 以超薄切片法为主，此外还有负染法、复型法等，样品制备比较复杂。
4．图象特点 视场范围小，为二维结构平面图像。
5．应用范围 广泛用于研究生物样品局部切面的超微结构，生物大分子结构以及冷冻蚀刻复型膜上的生物膜超微结构，非生物样品的纳米结构观察等。
二、扫描式电子显微镜
概念 电子束照射在样品上，产生二次电子等信息，而后再将二次电子等信息收集起来放大成像。扫描电镜图像实为间接成像，其加速电压在1～30kV之间。
扫描电子显微镜特点：
1．分辨率较高 一般为3～6nm，场发射式扫描电镜可达1～2nm；放大倍数一般为 20万倍，场发射式可达40万倍；放大倍率连续可调。
2．制样技术 以样品表面观察法为主，此外还有冷冻割断内部结构观察法、高分辨样品制备法及管道铸型法等；可观察大而厚的样品，制备方法较为简单，样品的适应性较强。 3.图像特点 景深长，图像层次丰富，立体感强，为三维结构图像。
4.应用范围 广泛应用于生物样品表面及其断面立体形貌的观察，并具有多种分析功能。
三、分析型电镜
(一)概念 为装有扫描附件、能谱仪(EDX)和波谱仪(WDX)的透射电镜。
(二)特点广告学 除具有透射电镜和扫描电镜性能以外，还可对样品微区内(几个um3)的元素，进行定性、定量综合分析。
四、超高压电镜(HVEM)
(一)概念 为加速电压在500kV以上的透射电镜。 目前世界上超高压电镜的最高加速电压为3000kV；世界此类电镜数量较少。
(二)特点
1．分辨率高 电镜加速电压高，穿透力强，分辨率高，对样品损伤小。
2．制样技术 该电镜可观察厚样品 (洪文虎＞100nm)和含水的样品，如利用特殊“压力样品室”，研究生活细菌和培养细胞等。
3．图像特点 可观察细胞表面、内部及细胞骨架结构，还可通过“叠加法”对图像进行立体化处理。
4．应用范围 可广泛应用于医学生物学研究中厚样品、含水样品超微结构的观察，还可用于观察活体样品，为细菌、细胞培养中的动力学观察开辟了新途径。
缺点：此类电镜造价很高，难于普及。
电镜的分辨力还受以下因素影响：
(1)电镜本身的真正分辨力(部件的加工精度，出厂前的调整情况等)
(2)电镜的工作状态，如电镜加速电压的大小、电镜机械与电气合轴情况、真空及高压稳定度，电镜污染情况等
(3)样品方面的问题，如样品的性质、样品的厚度、被观察细节的形态及位置、样品的反差条件等。
放大倍率（放大倍数）
显微镜的放大倍率与其分辨力密切相关，
放大倍率(M有效)＝人眼分辨力／显微镜分辨力 人眼的分辨力为0.2mm
球差：透镜缺陷使近轴磁场与边缘磁场对电子束偏转能力不同，使一质点成像为一个弥散球。
像散：电子透镜实际上不可能制作得完全对称，使得透镜在不同子午面上的焦距有差别，即
出现像散。
差：电镜的光源是电子束，其波长随加速电压而变动。当加速电压不稳定时，造成电子束波长变异，因而发生类似的像差，使图象分辨率下降，称为差。
畸变：主要是由各透镜的缺陷综合形成的。
七、电子束与样品的相互作用关系
(一)透射电子（TE）：
当样品做得比较薄时(小于100nm)广东工业大学学报，一部分入射电子便可以穿透样品，将这部分电子叫作透射电子；
将没有穿透样品而停留在样品内部的电子叫作吸收电子。
(二)二次电子（SE）
一般将电子发射的电子叫一次电子，在一次电子的轰击下，在样品的表面层5～50nm深度激发出来的电子叫做二次电子。二次电子是扫描电镜的主要信号，其特点是可反映样品的表面形态；其产生量取决于样品的外貌和成分，并与加速电压、照射电流与光斑直径的大小等因素有关。
(三)背散射电子（BE）
它是从样品表面向下50～1000nm深度内，入射电子与样品成分发生弹性碰撞被反射出来的电子，又称反射电子．
城市生活垃圾处理及污染防治技术政策(四)特征X射线
样品化学成分中的原于被入射电子电离后，可发出特征x射线，它产生于500— 5000nm的样品深部区域。不同元素可以发出不同的特征x射线，与原子序数有关。其相对强度与激发区内相应元素的含量有关。特征x射线可用x射线显微分析技术检测，该技术主要利用波谱仪(WDX)和能谱仪(EDX)对微小区域内的元素成分，进行定性和定量分析。
二、透射电子显微镜的结构
透射电镜的主体是电子光学系统（镜筒）。由于电磁透镜较重，还要考虑机械的稳定性，一般制成直立式。镜筒从上到下依次为：电子、聚光镜为照明系统，样品室、物镜、中间镜和投影镜为成像系统，荧光板和照相机构是观察记录系统。此外，电镜的整体还须包括真空系统和电路系统。
目前大型电镜采用由物镜、两个中间镜和一个投影镜组成的成像放大系统。成像系统的总放大倍数是4个透镜放大倍数的乘积：
M总＝M物×M第一中× M第二中× M投
电镜要求高真空工作的必要性（主要原因）：
(1)如果镜筒内真空度差，则导致气体分子与高速运行的电子相互作用而随机地散射电子，就会降低图像的反差。
(2)电子内如果存在气体，会产生电离和放电，引起电子束不稳定或闪烁。
(3)气体分子和钨灯丝相互作用，会不断腐蚀灯丝，减少灯丝使用寿命，甚至烧断。
(4)残余气体聚集到样品和光阑上会污染样品，增加像散。电镜的真空系统用于从镜筒中排除空气和其它气体，提供工作真空来消除上述因素，也是电镜工作的基本条件 。
提高样品成像反差方法：
由于生物样品的化学成分主要是碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)等原子量较低的元素，再加上透射电镜要求样品先制成超薄切片，其包埋介质又多为有机类树脂，所以生物样品对电子的散射能力很小，所得的图像反差很低。为了提高生物样品的反差，首先要设法增加其对电子的散射能力，选用重金属盐类进行电子染可达到这一目的。
常用的重金属盐类
常用的有锇(Os)、钨(W)、铅(Pb)、锰（Mn）等，它们对生物样品中的不同组分有不同程度的结合力，因此样品中结合重金属盐的区域对电子的散射能力也会不同程度地加强，使电子图像显示深浅不一的黑白。这既加强了生物样品的反差，又增加了成像的层次，从而大大提高了电子显微照片的质量。
扫描电镜 定义：利用高能电子束在样品表面逐点扫描，激发样品产生二次电子信号，通过检测器将检测到的二次电子信息进行放大处理，再调制显象管的栅极，在荧光屏上显示出样品表面的三维图象。
扫描电镜的工作原理：从电子发射出的电子，经加速电压加速，经过三个磁透镜三级缩小，形成一束很细的电子束(即电子探针)，聚焦在样品平面上。在第二聚光镜和物镜之间有一组扫描线圈，使电子探针在样品表面扫描。电子和样品发生作用，产生信号电子，这些信号电子经收集、处理系统作用，最终成像在显示系统上。因电子和样品作用产生的信号电子和样品的表面形貌、材料组成等因素有关，所以图像为样品的图像。扫描电镜分辨本领取决于电子探针的直径，钨灯丝一般为3~15nm。场发射电子扫描电镜可达0.5~3nm。转基因快速检测仪
像素：扫描电镜的图像是由许多明暗相间的小点组成，这些小点是构成图像的基本单元，
称为“像素”。
五、反差的形成：1.倾斜角效应：2.边缘效应，4.原子序数效应：5.充放电效应。
生物样品特点：C、H、N、O等轻元素组成，绝大多数是高绝缘性的，二次电子产出较少。绝缘的样品造成表面负电荷堆积，阻止后续入射电子对样品的作用，并且容易产生放电使图象闪烁而影响图像质量。采取真空镀膜（银胶和碳胶）、离子溅射（黄金和铂金）的方法改善
样品支持膜的要求：
本身没有结构，薄而透明，电子束易通过；
有足够的机械强度，经得住电子束的轰击；
不与样品发生化学反应。
厚度在10～20nm
常用支持膜：福尔莫瓦膜 特点：机械强度高，制作简便
火棉胶膜：1～2%醋酸戊脂溶液。碳膜：稳定性好，高分辨制样。
Formvar膜的制备：首先制备0.3％的Formvar氯仿溶液(二氯乙烷或二氯乙烯)，然后用洗净
的玻璃片伸入到该溶液中停留片刻，平稳取出，自然干燥后玻片上形成一层薄膜，用针或刀
片沿玻片边缘将此膜划破，将玻片的一端浸入玻璃平皿的蒸馏水中，玻片上的薄膜完全漂于
水面，把玻片轻轻下压取出。用镊子将铜网反面朝下排列在膜上，等待滤纸与铜网完全贴附
后，用镊子夹滤纸的一角轻轻将其取出放于培养皿中，自然干燥后使用。
超薄切片是指厚度小于100(50 ～ 70)nm的切片。
要求：厚薄均匀，厚度符合标准，无皱褶刀痕、震颤和沉淀，细胞结构保存良好，具有良
好
的电子反差，具有一定程度的机械强度。
制作流程：六大步 取材→固定→脱水→包埋→切片→染，40次操作
取材是从动、植物机体上或细胞及微生物培养物中获取所需要的研究材料的操作过程。
取材的原则和要求：准、快、小、冷、轻五字原则。
准确：根据研究目的确定取材部位，取到典型部位。
快速：材料离体后应在1分钟内投入固定液。
体积小：固定液渗透力所限，样品体积要小
低温：固定液及器材需预冷，以降低自溶酶的活性。
防损伤：器械要锋利，切割轻巧，防损伤组织细胞的内部结构。
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