电镜在生物医学中的应用.ppt
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1、 电子显微镜及其技术在生物电子显微镜及其技术在生物医学中的应用医学中的应用概概 论论 吴晓英吴晓英 教授教授中南大学湘雅病理系中南大学湘雅病理系超微结构超微结构与超与超微病理学微病理学电镜一、基本技术平台一、基本技术平台1.1.仪仪器器:电电子子显显微微镜镜(electron microscope,简简称称电电镜镜或或EMEM)及制样设备:及制样设备:透射电镜透射电镜(Transmisson EM,TEM):内部结构内部结构 扫描电镜扫描电镜(Scanning EM,SEM):表面超微结构表面超微结构2.样样品品制制备备技技术术或或电电镜镜技技术术(electron microscopy):超
2、薄切片技术等超薄切片技术等 3.图像识别和处理技术图像识别和处理技术:诊断医师及技术员:诊断医师及技术员1.何为电镜?何为电镜?何为电镜?何为电镜?电电镜镜是是使使用用电电子子来来展展示示物物件件的的内内部部或或表表面面结结构构的的显显微镜微镜。观察对象:观察对象:无机材料:材料、化工、采矿无机材料:材料、化工、采矿 有机材料:生物、医学、农学有机材料:生物、医学、农学电电镜镜:实实质质上上是是一一类类工工具具,是是显显微微镜镜的的一一种种!但但系系系系大大型型、贵重贵重、精密精密仪器仪器仪器仪器,其原理、结构与光镜显著不同!其原理、结构与光镜显著不同!其原理、结构与光镜显著不同!其原理、结构
3、与光镜显著不同!2.2.电镜基本原理电镜基本原理电镜基本原理电镜基本原理 电电子子具具有有波波粒粒二二像像性性且且其其波波长长比比可可见见光光的的波波长长短短(1924年年),短短波波长长能能极极大大地地提提高高分分辨辨率率(光光镜镜受可见光的波长限制,其分辨率约受可见光的波长限制,其分辨率约200200纳米纳米)。高高速速运运动动的的电电子子在在电电场场或或磁磁场场的的作作用用下下,会会发生折射,并且能被聚焦,聚焦即能成像。发生折射,并且能被聚焦,聚焦即能成像。电电子子射射束束取取代代可可见见光光成成为为可可能能19321932年年电电镜镜诞诞生!生!3.3.电子显微镜术的发展史电子显微镜术
4、的发展史a.a.电子显微镜学电子显微镜学:仪器仪器:elcctron microscope:elcctron microscope 电子显微镜电子显微镜制样技术制样技术:elcctron microscopy:elcctron microscopy 电镜技术电镜技术图象识别和分析、处理技术图象识别和分析、处理技术3.3.电子显微镜术的发展史电子显微镜术的发展史b.电子显微镜学的发展:电子显微镜学的发展:1933-目前分三个阶段目前分三个阶段实验阶段实验阶段 应用阶段应用阶段 普及阶段普及阶段 提高完善发展阶提高完善发展阶段段 30-50年代年代 50-60年代年代 60-70年代年代 70-目
5、前目前5858年我国生产了第一台电镜(南京光学仪器厂)年我国生产了第一台电镜(南京光学仪器厂)19791979年我校电镜室成立,购买年我校电镜室成立,购买H H600600透射电镜透射电镜4.电镜种类电镜种类电镜种类电镜种类 按使用目的分按使用目的分:透射电镜(波谱仪、能谱仪、三维重构等)透射电镜(波谱仪、能谱仪、三维重构等)扫描电镜(波谱仪、能谱仪)扫描电镜(波谱仪、能谱仪)超高压电镜超高压电镜 分析电镜分析电镜 扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜 原子间力电子显微镜原子间力电子显微镜按用途分:按用途分:生物医学用电子显微镜生物医学用电子显微镜 非生物医学用电子显微镜非生物医学用电子显微镜按电子束
6、发射方式分:按电子束发射方式分:非场发射:电子枪非场发射:电子枪 场发射:场发射:5.电镜与光镜电镜与光镜电镜与光镜电镜与光镜的比较的比较的比较的比较 类别类别 成像成像成像部件成像部件 图图像像LM光子玻璃透镜 虚象(彩色像)EM电子电磁透镜 实像,荧光屏、CCD(黑白像)几百万倍,能看到原子的振动 由由于于光光的的衍衍射射,LM LM 放放大大倍倍数数到到一一定定程程度度时时就就图图像像模模糊糊,而而电电镜镜用用电电子子照照明明,可可更更清清晰晰。分分辨辨率率是是衡衡量量电电镜镜性性能能的的重重要要指指标标。人人眼眼分分辨辨率率:约约0.20.2毫毫米米(mm)(mm),光光镜镜分分辨辨率
7、率:0.2 0.2 微微米米(m)(m),电电镜镜分分辨辨率率:0.20.2毫毫微微米米(nm)(nm)。光光镜镜的的计计量量单单位位是是微微米米(mm),电电镜镜的的计计量量单单位位为为毫毫微微米米(nmnm)和和埃埃。如如人人体体红红细细胞胞的的直直径径约约为为7m7m;人体细胞膜的厚度约为;人体细胞膜的厚度约为7 710 nm10 nm。细胞基本超微结构细胞基本超微结构5.主要主要电镜技术电镜技术电镜技术电镜技术超薄切片技术超薄切片技术;负染色技术;负染色技术;SEMSEM电镜样品制备技术;电镜样品制备技术;冷冻超薄切片技术;冷冻超薄切片技术;电电镜镜酶酶细细胞胞化化学学技技术术;免免疫
8、疫电电子子显显微微镜镜技技术术;电镜放射自显影技术;电镜放射自显影技术;核酸大分子电镜样品制备技术;核酸大分子电镜样品制备技术;电子探针;电子探针;电镜原位杂交技术。电镜原位杂交技术。6.透射电镜基本构成透射电镜基本构成透射电镜基本构成透射电镜基本构成真空系统真空系统机械泵油扩散泵 真空管道、阀门供电系统供电系统电子枪电源透镜电源偏转器电路真空自动电路计算机控制电路采图统采图统:CCD成象系统照明系统观察记录系统镜筒镜筒1979年湘雅电镜室成立,购买年湘雅电镜室成立,购买H600透射电镜透射电镜Hitachi HT7700 Hitachi HT7700 外观外观-20122012年病理学新购年
9、病理学新购20Features of HT7700(Screen Camera)HT7700 New operation environment21不同级别操作权限不同级别操作权限23IDB(Image Data Base)功能24IDB(Image Data Base)功能雪旺氏瘤A型:长间距胶原(Laso体)H-7650方便的直接测量HT 770025HT7700 Features and Benefits“Integrated”High sensitivity/Resol.CCDNewNewReal time screen camera(fluorescent screen free)N
10、ewNewStandard Clean TMP VacuumNewNew“EMIP-SP”For image data managementNewNewKey designKey design26Features of HT7700(Double-gap Obj.Lens双狭缝物镜,可以得到独有的低倍大视野、高对比度成像的特点)Double-gap objective lensDouble-gap objective lensPole pieceMain coilMini lens coilYoke1st Gap2nd Gap1st Gap2nd GapB.Mini lens coil:Opp
11、osite polarityMagnetic fieldMagnetic fieldA.Mini lens coil:Same polarity1st Gap2nd GapLonger focal lengthLonger focal lengthShorter focal length*Higher contrast*Higher contrast*Lower Magnification*Lower Magnification*Higher resolution*Higher MagnificationHC and HR in One TEM拍照CCD相机的灵敏度约比通常的光学相机高40倍。
12、具有更多的自动化功能,如自动聚焦、自动消像散、自动拍照等 标准就具有图像数据库功能,测长、图像过滤功能等 具有较强的扩展功能,如三维重构等由于CCD相机是和电镜是一体,因此可以通过手动控制板或PC机来控制CCD相机。在显示器上显示的图像 Features of HT7700(Double-gap Obj.Lens)80m dia50m dia20m dia10m dia28Obj.lens aperture size and contrast染色的影响染色的影响铀污染染铅污染染30Features of HT7700(Double-gap Obj.Lens)Digital image at t
13、he Digital image at the lowest HC mode lowest HC mode magnification of magnification of x 200 x 200Specimen area Specimen area 9090 mm2 2 (Bottom mounted camera(Bottom mounted camera 1k x 1k pixel)1k x 1k pixel)Specimen:Thin section of Specimen:Thin section of human kidneyhuman kidneyDirect TEM Mag.
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- 生物医学 中的 应用
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