基礎篇：透射電子顯微鏡的結構

透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope，TEM）是目前使用最普遍的一種電鏡，占使用電鏡的80%，其分辨率、放大倍數及各項性能都比其他類型電鏡高。透射電鏡是用電子束照射標本，用電子透鏡收集穿透標本的電子并放大成像，用以顯示物體超微結構的裝置。透射電鏡的分辨率可達0.2nm，放大倍數可達40～100萬倍。

透射電子顯微鏡的結構很復雜，對于生物醫學工作者來說，只要求對電鏡的結構有一定的了解，在操作時，能對其工作狀態作一般鑒別及調整。因此，這里對電鏡的結構只做很簡要的說明。透射電子顯微鏡主要由電子光學系統（鏡筒）、真空系統、電子系統三大主要部分組成。

一、電子光學系統

透射電子顯微鏡的光學系統全部包括在鏡筒中，它主要由照明系統、成像放大系統和觀察記錄系統三大部分組成。　　

（一）照明系統（illuminating system）

照明系統主要由電子槍、聚光鏡兩部分組成。

電子槍有熱發射、冷發射和場發射三種 。最普通的電子槍是熱發射型電子槍，即一根發叉形鎢絲，通電流加熱后，發射出電子束成為電鏡的光源。　　　　　　　

聚光鏡的作用是將電子槍發射出的電子束會聚在試樣平面上。改變聚光鏡電流密度可調節照明束斑的大小及光密度，并通過調節聚光鏡光闌的大小來調節照明孔徑角。聚光鏡一般有兩個，稱為二級聚光鏡系統。二級聚光鏡的作用主要是進一步縮小會聚到樣品上的照明光斑以減少樣品不必要的污染，并可減小樣品的受熱面積。

（二）成像和放大系統

成像系統是電子顯微鏡最核心的部件之一，高放大倍數、高分辨率就是通過成像系統獲得的。

成像放大系統（imagung and amplification system）的主要組成部件如下：樣品室、物鏡、二級中間鏡、投影鏡。

樣品室一般位于聚光鏡之下、物鏡之上，用以安放載有樣品的載網。樣品室有一氣瑣裝置，以便在更換樣品時，仍然能保證鏡筒的高真空狀態。

物鏡即成像透鏡，是電鏡最主要、也是最關鍵的部件，它的性能直接影響到電鏡的性能。物鏡是由帶鐵殼的線圈和具有高導磁率材料制成的極靴構成。改變線圈中透鏡電流的強度，就能獲得不同的焦距。

（三）觀察記錄系統

觀察記錄系統主要由熒光屏和照相底片室組成。因為人眼不能直接看到電子射線，所以必須利用電子在熒光屏上激發出可見光成像來進行觀察。若需要記錄圖象，可移開熒光屏，使置于熒光屏下的照相底片暴光成像，再經沖洗，即可得到一幅所需的照片，以便永久保存。

電鏡結構中，電子光學系統是電鏡的主體。若將電鏡的電子光學系統和成像與光鏡的作比較，是有許多相似之處的。電鏡的電子槍能發射出電子束，相當于光鏡的光源，電磁透鏡相當于光鏡中的玻璃透鏡，同樣可區分為聚光鏡、物鏡和投射鏡。電子束通過樣品經放大后就能在熒光屏上顯示圖像，也可以拍攝成照片保存和研究。

樣品放進樣品室時最終是怎樣成像的呢?

成像原理：電子束最先通過聚光鏡,聚光鏡無放大作用,而有聚積電子束調節亮度的作用,經聚光鏡的調節將電子束的直徑調節在約2μm左右。這樣細的電子束透過樣品時，電子與樣品中的原子發生碰撞，從而產生電子散射。（不同的結構成分對電子有著不同的散射程度，結構致密的，特別是被重金屬鹽著色或被鋨酸固定的部分對電子的散射強，結構在熒光屏上較暗，電鏡照片中呈黑色，稱為電子致密。結構疏松的未被重金屬鹽著色的部分對電子散射弱，結構在熒光屏上的亮度較強，電鏡照片中呈淺色，稱為電子透明。）電子束透過樣品之后經過一系列電磁透鏡（如物鏡、中間鏡、投影鏡）的放大作用，與熒光屏上形成最終的放大像。

二、真空系統　

電鏡的真空系統由機械泵、油擴散泵、真空管道、閥門及檢測系統組成。

在電子顯微鏡中，電子由電子槍發出經過樣品，打到熒光屏上。電子束的穿透力很弱，只有在高真空的情況下才能達到一定的行程。整個路程中，應該沒有空氣分子的碰撞，這就要求必須將電子束通道、既鏡筒抽成高真空。鏡筒高真空的好壞，直接影響到電鏡能否正常工作。如果真空不好，還會使燈絲壽命縮短，電子槍也會放電引起高壓不穩，樣品也容易污染。因此電鏡工作時，鏡筒的真空度要求在10－4～10－6托，一般 的抽真空系統包括兩至三只機械泵和一只油擴散泵。獲得高真空分兩步：第一步由機械泵抽低真空，從大氣抽到1.33—0.133pa（0.01-0.001mmHg）的真空度；第二步由油擴散泵抽高真空，從低真空抽到13.33×10-4 ～10-5Pa(10-5 ～10-6mmHg) 的真空度。若是場發射型的電鏡，則要利用離子泵或分子泵進行抽真空。

三、電子系統　　　　

電子顯微鏡的電子系統（electron system）主要有以下幾部分組成：高壓發生器及電子槍燈絲加熱電源，透鏡穩流電路，電子系統，穩壓電路，安全自控電路，計算機控制電路。

（一）高壓發生器

高壓發生器是為電鏡提供高壓的裝置，由一個高壓油箱或氟里昂氣箱和高壓電纜組成，為發射的電子提供加速能量。其穩定性直接影響電鏡的質量。一般輸出的高壓有不同的分檔，如35、75、100、150、175、200kv檔，供操作者選擇。

（二） 燈絲加熱電源

燈絲必須加電流使其產生高熱，然后促使電子由燈絲尖端逸出，形成電子束，作為電鏡的光源。燈絲的加熱電流一般為3a左右，燈絲電流由一精細的電位器調節，使燈絲能處于比較合適的狀態。

（三）透鏡穩流電路

各透鏡的電流穩定性直接影響到成像的分辨率與放大倍數的精確值。如果透鏡電流不穩定，透鏡的磁場強度將發生變化，造成電鏡圖象的不穩定。因此，必須利用穩定性能較高的電路來保證向各級透鏡提供穩定電流。現在的穩定電路一般由集成電路或晶體管構成，因此是低電壓電路。

（四）安全自控電路

現代的電鏡一般都有較好的保護裝置，當突然出現斷電、斷水、真空漏氣或由于外界溫度較高等因素影響儀器工作時，儀器能通過安全自控電路切斷電源或關閉必要的閥門并發出警報，提醒操作人員注意，這樣就有效地保護了儀器，使之不至于在突發的事故中損壞。

（五）計算機控制電路

在當今計算機廣泛普及的時代，新型電鏡也采用計算機對調試電鏡、測量工作數據等程序進行管理，所有必要的數據、調試步驟已全部存入計算機程序，這大大簡化了操作維修人員的工作，在操作維修時只要調出相應程序，按照其指示，即可方便地完成調試。這就使電鏡的操作更為簡化。

四、冷卻系統

包括制冷裝置、冷卻管道、冷卻室及自動控制閥。