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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2004-6-14
2、2004-6-14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理。复合式显微镜2004-
3、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，复合式显微镜得到了充分的完善，人们发明了能够消除
4、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，德国工程师Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世界上第一台透
5、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2004-6-142004-6-14显微镜的发展扫描电镜Charles Oatley2004-6-142004-6
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
7、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 electron and scanning tunnel microscopes,Ernst Ruska,Gerd Binnig and H
8、einrich 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 microscopy,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
9、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。2004-6-142
10、004-6-14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
11、子荧光成像技术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。2004-6-142004-6-14显微成像的应用n双光子显微成像技术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
12、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