电子显微镜的发展历程

电子显微镜的基本成像原理与光学显微镜相同，只是前者的光源是电子束而不是可见光，透镜是电磁透镜而不是光学玻璃透镜。电子显微镜的分辨率(大约几纳米)比光学显微镜的分辨率(大约200纳米)高得多。其发展过程如下:汉斯·布什于1926年研制出第一个磁电子透镜；1931年，恩斯特·罗斯卡(Ernst Ruska)和马克斯·克诺尔(Max Knoll)成功地制作了放置在阳极孔上的栅极的电子放大图像，开发了第一台透射电子显微镜(TEM)，并首次在显微镜中使用了两个磁性透镜。该显微镜不是用透视样品展示的，而是用金属格子展示的，因此卢斯卡获得了1986年的诺贝尔物理学奖。后来，西门子建立了超显微镜实验室，以提高透射电镜的成像效果。第一台商用透射电子显微镜于1939年发射。锇酸在1934年被提出来增强图像的对比度。1938年，冯·阿登成功研制出世界上第一台扫描电子显微镜。1965年，第一个商业扫描电镜被成功开发出来，并很快成为细胞生物学的研究工具。1952年，英国工程师查尔斯·奥茨利也发明了扫描电子显微镜。然后出现了扫描透射电子显微镜(STEM)，一种既有透射电子显微镜又有扫描电子显微镜的显微镜。20世纪60年代，透射电子显微镜的加速电压越来越高，可见的材料越来越厚。在此期间，电子显微镜获得了分辨原子的能力。在20世纪80年代，人们能够使用扫描电子显微镜来观察湿样品。

除了光学和电子显微镜之外，还有扫描探针显微镜，这是一种在样品上机械扫描和移动探针以检测样品图像的显微镜。扫描探针显微镜有两个分支:扫描隧道显微镜和原子力显微镜。第一台扫描隧道显微镜是由格尔德·宾宁和海因里希·罗雷尔于1983年发明的，他们是IBM苏黎士实验室的两位科学家。这种显微镜比电子显微镜更彻底。它完全失去了传统显微镜的概念，可以很好地“看到”金属表面。扫描隧道显微镜的发明为他们赢得了1986年诺贝尔物理学奖。1985年，IBM Bing和斯坦福大学Quate共同开发了第一台原子力显微镜。它不仅能“看见”金属表面，还能“看见”非金属表面，弥补了扫描隧道显微镜的不足。

到目前为止，有越来越多的显微镜，这本书没有介绍。受波长的限制，目前使用的普通显微镜，即光学显微镜，与19世纪的光学显微镜相比没有多大改进，但电子显微镜一直在不断发展，现在可以获得放大1000万倍以上的图像。人类不仅能通过电子显微镜看到病毒，还能看到大分子甚至原子。总的来说，显微镜变得越来越复杂，使用越来越广泛，操作越来越简单。显微镜不再仅仅是生物的助手，它在其他学科中也起着非常重要的作用。

摘自清华出版社授权的《科学技术史与方法论》

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