內容簡介
《電子顯微技術與應用》結閤科學前沿的發展動態,對當今的電鏡技術進行瞭歸納和總結,介紹瞭編者們在電鏡技術研究中的創新技術、專利技術和標準技術等成果。
《電子顯微技術與應用》與其它電鏡書籍的區彆在於側重顯微新技術在資源再生利用和生物環境保護方麵的應用。
《電子顯微技術與應用》既可供從事電鏡工作的專業人員和有關人員參考,也可滿足於農林、化工、醫學等高等院校本科生和研究生的學習需要。
內頁插圖
目錄
第一章 緒論
第一節 納米科技
第二節 光學透鏡成像原理
第三節 電子顯微鏡的産生和發展
第四節 電子顯微鏡的種類與特點
第五節 電子顯微技術的應用與拓展
第二章 電鏡的基本概念
第一節 計量單位
第二節 分辨率
第三節 放大倍數
第四節 電鏡的照明源
第五節 電子透鏡
第六節 像差
第七節 電磁透鏡的場深和焦深
第八節 電子束和樣品的相互作用
第三章 透射式電子顯微鏡
第一節 概述
第二節 電子光學係統
第三節 真空係統
第四節 電氣控製係統
第五節 透射電鏡的成像機理
第四章 掃描電子顯微鏡
第一節 概述
第二節 掃描電鏡的結構和原理
第三節 掃描電鏡的成像機理
第四節 環境掃描電子顯微鏡及其應用
第五章 掃描透射電鏡
第一節 概述
第二節 掃描透射電鏡的結構和原理
第三節 掃描透射電鏡的優點
第四節 掃描透射電鏡的缺點
第六章 掃描隧道顯微鏡
第一節 掃描隧道顯微鏡的工作原理
第二節 掃描隧道顯微鏡的基本結構
第三節 掃描隧道顯微鏡的應用優勢
第七章 X射綫顯微分析
第一節 X-射綫顯微分析的原理
第二節 X-射綫顯微分析儀
第三節 X-射綫顯微分析方式及應用
第四節 EMlEDS在生物材料上的應用
第八章 電鏡的維護、修理和升級改造
第一節 鏡筒的維護
第二節 真空係統的維護
第三節 電子綫路及電源檢查
第四節 電鏡的升級改造技術
第九章 電鏡技術的相關專利與標準技術
第一節 電鏡技術的相關專利
第二節 電鏡標準技術
第十章 開展電鏡技術工作的要求
第一節 電鏡的選擇
第二節 電鏡的主要輔助設備
第三節 電鏡的可選配件
第四節 電鏡室的環境要求
第五節 電鏡工作者的必備條件
第六節 電鏡實驗室的管理
第十一章 透射電鏡樣品製備技術
第一節 超薄切片技術
第二節 負染色技術
第三節 金屬投影技術
第四節 復型技術
第十二章 掃描電鏡樣品的製備技術
第一節 掃描電鏡樣品的標準和類彆
第二節 掃描電鏡生物樣品的製備程序
第三節 組織導電技術
第四節 樣品的割斷技術
第十三章 微波輻射快速製樣技術
第一節 微波輻射快速製樣技術的基本原理
第二節 微波輻射在生物樣品上的應用
第十四章 生物電鏡樣品的製備新技術
第一節 木材超薄切片製備技術
第二節 石化花粉的超薄切片製備技術
第三節 風化木材的聚乙二醇包埋技術
第四節 縴維橫斷麵掃描電鏡樣品的製備技術
第五節 木材立方體的製樣技術
第六節 生物活性縴維素的掃描電鏡樣品製備技術
第七節 天然色素的掃描電鏡樣品製備技術
第八節 胸腺細胞電鏡樣品的快速製備技術
第九節 葉綠素掃描電鏡樣品製備技術
第十節 紙張橫斷麵的掃描電鏡樣品製備技術
第十一節 細菌侵染植物體的掃描電鏡製樣技術
第十二節 柳樹葉能譜樣品的製備技術
第十五章 冷凍製樣技術
第一節 冷凍原理和方法
第二節 冷凍超薄切片
第三節 冷凍斷裂技術
第四節 安全注意事項
第十六章 電鏡細胞化學技術
第一節 電鏡酶細胞化學技術
第二節 電鏡酶細胞化學的常規操作
第三節 簡介冷凍電鏡細胞化學技術
第四節 其他生化物質的細胞化學技術
第十七章 電鏡免疫細胞化學技術
第一節 免疫學的基本原理
第二節 免疫電鏡技術的基本程序
第三節 免疫電鏡技術的應用
第十八章 電鏡放射自顯影技術
第一節 放射自顯影技術的基本原理
第二節 電鏡放射自顯影技術的樣品製備
第三節 電鏡放射自顯影的圖像分析
第四節 放射性的防護
第十九章 電鏡技術在生物大分子研究上的應用
第一節 電鏡生物大分子技術研究概況
第二節 蛋白質電鏡技術
第三節 核酸電鏡技術
第二十章 細胞的超微結構與功能
第一節 細胞
第二節 細胞的超微結構
第三節 細胞內含物
第二十一章 電鏡觀察中的注意事項
第一節 觀察內容的初步判斷
第二節 放大倍數的正確使用
第三節 突齣重點,關注全局
第四節 細胞生長變化和病理變異的形態區彆
第五節 人工損傷和假象識彆
第二十二章 電鏡膠片攝影技術
第一節 電鏡的攝影技術
第二節 底片和相紙的選擇
第三節 底片的衝洗
第四節 底片的減薄、加厚和清潔
第五節 電鏡照片的洗印與放大
第六節 翻拍技術與幻燈片的製作
附錄1 常用試劑的配製
附錄2 電鏡常用的危險性試劑
附錄3 英漢名詞對照
附錄4 電子顯微圖像
參考文獻
前言/序言
經濟的迅速發展,在提高人們生活質量的同時,也加大瞭物質資源的損耗和浪費。而電子顯微技術的不斷提高,可以幫助科學工作者充分利用以小為貴的材料、研究資源再生利用技術、探討保護生存環境機製,避免日趨嚴重的損毀和環境汙染。隨著互聯網時代的到來,以顯微技術為支撐的納米科技需要以幾何級的速度發展,纔能適應當今大數據、雲計算、4G傳輸技術、4D打印等技術的快速進步,這也使電子顯微技術的應用和發展顯得更加重要。
自1981年掃描隧道顯微鏡發明後,就誕生瞭以0.1到100nm長度為研究範圍的納米科技(超微粒子技術),其高分辨率又拓展瞭納米技術的廣泛應用。納米科技是近年來齣現的一門高新技術,涉及到現代科技的各個領域,既能為人類提供舒適而安全的條件,又能減少人類資源的損耗和各種汙染,非常有利於地球環境的保護。以至有關成果一直受到科學界和市場的普遍關注。近年來,納米技術已經隨著高科技設備一起飄上瞭白雲,飛人瞭太空,走進瞭海底。如今它已經被廣泛應用於IT、電子、機械、醫學、化工、林業等1領域,並在碳納米管、生物芯片、納米計算機等研究方麵取得瞭顯著成績。2012年美國探討通過人體、網絡和芯片結閤,用意識控製飛行器的試驗取得瞭成功,並在醫學方麵也取得瞭較大的進展,匹茲堡大學教授將芯片植入癱瘓瞭15年的老年婦女腦中,首次成功喚醒瞭其意識;2013年歐洲投入13億歐元研究腦科學,繪製腦活動的全息圖,通過類似人腦的計算機和納米技術等學科的結閤,適應高端科學的發展需要,目前德國已經在意識控製無人機飛行方麵取得瞭突破性的進展。
電子顯微技術是以許多現代先進學科為基礎的前沿科學,其內容復雜,涉及麵廣,技術難度大。由於其研究的內容是看不見、摸不著的物質,科技含量很高,使許多人對此不瞭解,把最簡單的測試方法誤以為是電鏡技術,甚至把電鏡當作一般的光學設備而不知道如何去開發應用功能,以至嚴重影響瞭電鏡技術的應用,阻礙瞭超微結構的深入研究。經幾代電鏡工作者的努力,當今的電子顯微技術已經得到瞭初步完善,但在電鏡的功能開發方麵還缺乏成熟的經驗。為此,我們必須在現有的電子顯微技術基礎上不斷提高,纔能在滿足國民經濟發展需要的同時,保護好我們的生存環境。
我校於1981年引進瞭電鏡,82年開設《電鏡技術》的課程,深受廣大本科生、碩士生和博士生的歡迎,同時也大大地提高瞭我校木材鑒彆、植物分類、紙漿改性、高分子材料等方麵的研究水平。到目前為止,據不完全統計,我校的教師、科研人員和本室工作者在國內外單獨或協作發錶瞭應用電鏡技術的學術論文1000多篇,齣版《生物電鏡技術》和《實用電鏡技術》專著兩部;編寫教材《林業電鏡技術》、《掃描電鏡的使用與維護》、《透射電鏡的調試與使用》、《林業電鏡實驗指導教程》、《電鏡論文選編》五部。並於1988年獲得國傢教委先進實驗室奬、1989年獲林業部科技進步二等奬。1998年獲全國掃描電鏡優秀照片二等奬;2001年和2002年分彆獲得西部資源開發和華東地區優秀論文一、二、三等奬;2003年獲江蘇省大型儀器協作共用先進奬等;2006年首次在國內獲得中央與地方共建項目《顯微技術開放實驗室》資助。
多年來,經電鏡室全體工作者的努力(包括齣國和調離人員)和校內外有關專傢的密切配閤,我室在顯微技術和超微結構研究方麵都得瞭比較顯著的成績。在校內外有關專傢的配閤下,紙漿、天然色素和乳膠的超微結構研究水平已進入瞭國際先進行列,得到瞭國內外有關專傢的一緻好評。
為瞭滿足深入開展超微結構研究和教學的需要,本書結閤科學前沿的發展動態,對當今的電鏡技術進行瞭歸納和總結,介紹瞭我們在電鏡技術研究中的創新技術、專利技術和標準技術等成果。希望能在同行和有關專傢的指導和幫助下,共同將電鏡技術推上一個新的颱階。
本書與其它電鏡書籍的區彆在於側重顯微新技術在資源再生利用和生物環境保護方麵的應用。它既可供從事電鏡工作的專業人員和有關人員參考,也可滿足於農林、化工、醫學等高等院校本科生和研究生的學習需要。由於水平有限,此教材難免存在疏漏之處,敬請同行及廣大讀者批評指正。
顯微世界的奧秘:一部探索微觀至極的傳奇 在人類文明的長河中,我們一直在努力拓展認知的邊界,從浩瀚的宇宙到奔騰的江河,從古老的文明遺跡到蓬勃的生命形態,這一切都構成瞭我們賴以生存和發展的世界。然而,在肉眼不可見的微觀尺度下,又隱藏著怎樣一個彆樣的天地?那裏物質的構成、生命的起源、材料的性能,甚至是宇宙的奧秘,都以我們難以想象的方式運作著。 本書,並非聚焦於“電子顯微技術”這一特定工具的原理和操作,也不是單純羅列其在各個領域的“應用”。相反,它是一部宏大的敘事,旨在帶領讀者潛入那個超乎尋常的微觀維度,用一種全新的視角去理解和感知我們所處的世界。它是一場視覺與認知的盛宴,一次對物質世界基本構造的深度挖掘,一次對生命本質的追本溯溯。 第一捲:微觀宇宙的結構圖景 想象一下,如果我們能以極高的精度去審視一塊石頭,我們會看到什麼?不再是平滑的錶麵,而是由無數微小的晶體顆粒堆疊而成。這些晶體,本身又由原子組成,原子以特定的方式排列,形成具有獨特幾何形狀的網格。本書將從宏觀物體如何崩解為這些基本結構單元開始,描繪一幅精妙絕倫的微觀宇宙結構圖。 我們將首先進入無機物質的國度。探索金屬的晶格結構,理解它們為何具有延展性或脆性;觀察陶瓷的微觀紋理,洞悉其耐高溫和絕緣的秘密;揭示半導體的精巧設計,它們如何成為現代電子設備跳動的神經。從納米尺度的金屬納米顆粒,到微米級的陶瓷復閤材料,我們將逐層剝離,展現它們背後令人驚嘆的秩序與規律。甚至,我們將觸及宇宙中最古老、最堅固的物質——礦物,解析它們在億萬年地質變遷中形成的獨特晶體形態。 接著,我們將目光投嚮有機生命的奇跡。生命,從最簡單的單細胞生物到復雜的多細胞器官,無一不遵循著精密的微觀設計。本書將帶領讀者深入細胞的內部,揭示細胞膜的脂質雙層如何構成保護屏障,蛋白質如何充當生命的“分子機器”,DNA如何攜帶遺傳信息,以及細胞器如綫粒體如何為生命活動提供能量。我們將觀察細菌的鞭毛如何驅動它們遊動,病毒的蛋白質外殼如何精準地侵入宿主細胞,以及植物細胞壁的縴維素如何賦予它們挺拔的身姿。 然而,生命並非靜止的畫捲,而是動態的進程。我們將探索分子層麵的生命活動。蛋白質摺疊的復雜過程,酶如何高效催化生化反應,DNA的復製和轉錄如何傳遞生命指令,免疫係統中的抗體如何識彆和清除外來入侵者。這些肉眼無法看見的分子舞蹈,正是生命得以延續和繁衍的基石。我們將以一種近乎詩意的筆觸,描繪這些微小個體如何在細胞的宏大舞颱上,上演著一幕幕生命的壯歌。 第二捲:材料科學的微觀驅動力 材料是人類文明進步的基石,從石器時代到信息時代,每一步跨越都離不開新材料的發現和創造。本書將深入剖析材料性能的微觀根源。 我們將在金屬材料的微觀世界裏遨遊。理解閤金的形成,不同原子如何在晶格中相互影響,從而賦予閤金更優異的強度、韌性或耐腐蝕性。我們將探究金屬的塑性變形機製,金屬晶界的存在如何影響材料的整體性能。甚至,我們將關注金屬錶麵的微觀形貌,以及它們如何影響材料的摩擦、磨損和催化性能。 在聚閤物材料領域,我們將揭示長鏈分子如何相互纏繞、排列,形成具有彈性和韌性的高分子材料。我們將觀察聚閤物的結晶行為,以及不同結晶度對材料力學性能的影響。從日常生活中隨處可見的塑料,到高性能的工程塑料,本書將帶你領略分子設計如何賦予這些材料無窮的無盡的可能性。 陶瓷和復閤材料的微觀結構更是復雜而精妙。我們將解析陶瓷的晶粒尺寸、晶界特徵以及其中可能存在的微裂紋,這些都直接決定瞭陶瓷的強度和斷裂韌性。在復閤材料中,我們將觀察增強相(如縴維)與基體材料如何協同作用,通過微觀界麵的相互作用,實現整體性能的飛躍。 本書還將關注材料的錶麵科學。材料的宏觀性能往往受到其錶麵微觀結構和化學性質的嚴重製約。我們將探討錶麵形貌、錶麵缺陷、錶麵吸附和錶麵反應等,這些微觀現象如何影響著材料的催化、吸附、腐蝕和生物相容性。理解材料的錶麵,就是理解其與外界環境互動的第一道防綫。 第三捲:生命科學的微觀觀察與洞察 生命科學的每一次重大突破,都離不開對生命現象的微觀觀察和深入洞察。本書將從一個全新的角度,解讀生命科學的奧秘。 我們將探索細胞的動態世界。不再是靜態的細胞模型,而是活生生的細胞,它們如何分裂、分化、遷移,如何相互交流和響應外界信號。我們將觀察細胞骨架的精巧網絡,它如何維持細胞的形態,參與細胞的運動和物質運輸。我們將揭示細胞膜上的離子通道和受體蛋白,它們如何實現細胞內外信息的傳遞。 在組織和器官的微觀結構中,我們將發現生命的有序性。例如,腎髒的腎小球如何精巧地過濾血液,肺泡的微觀結構如何最大限度地增加氣體交換的錶麵積,大腦神經元的復雜連接如何構成思維和意識的基礎。我們將看到,宏觀器官的功能,源於其組成細胞和組織的精妙協作。 疾病的發生與發展,同樣在微觀層麵留下瞭深刻的印記。我們將窺探病原體(如細菌、病毒)如何侵襲細胞,引發感染。我們將觀察癌細胞的異常增殖和遷移,以及它們如何逃避免疫係統的監視。我們將探討藥物如何在微觀層麵作用於目標細胞或分子,從而達到治療效果。 本書還將觸及發育生物學的奇跡。從一個受精卵,如何經曆細胞的分裂、分化和形態發生,最終形成一個完整的生命體。我們將看到,基因的錶達如何在時間和空間上精確調控,引導細胞的命運,塑造生命的形態。 第四捲:探索未知與展望未來 微觀世界的探索永無止境,本書的最後一部分將帶領讀者展望未來,思考尚未解決的科學難題。 我們將討論物質的終極形態。質子、中子、電子,以及更基本的誇剋,它們是如何構成瞭我們所知的一切物質?量子力學的奇妙規律,在微觀尺度下又扮演著怎樣的角色?我們是否能通過對微觀粒子的操縱,創造齣全新的物質和能量形式? 在生命的起源與演化方麵,我們將追溯生命誕生前的原始化學物質,它們如何通過一係列復雜的過程,孕育齣第一個具有自我復製能力的生命分子。我們還將思考,是否存在其他形式的生命,它們可能基於不同的化學基礎,在宇宙的某個角落繁衍生息。 材料科學的未來,將是原子和分子級彆的精準設計。通過對材料微觀結構的精細調控,我們可以創造齣具有前所未有性能的材料,例如超導材料、記憶閤金、自修復材料等等。這些新材料將深刻地改變我們的生活方式,從能源、交通到醫療、通信。 生物技術的飛躍,也將得益於對生命微觀世界的更深入理解。基因編輯、閤成生物學、再生醫學等前沿技術,正在以前所未有的方式改造生命,為解決人類麵臨的疾病、衰老等挑戰提供瞭新的希望。 總而言之,本書並非一本工具書,也不是一本枯燥的科學手冊。它是一次對微觀世界的壯麗描繪,一次對生命和物質本質的深度探尋。它鼓勵讀者打破宏觀的視覺局限,用一種更加精微、更加深入的視角去觀察和理解這個世界。通過對微觀世界的洞察,我們不僅能揭示物質的奧秘,更能理解生命的奇跡,並為人類的未來發展指明方嚮。這是一部獻給所有好奇心旺盛、渴望認識世界本源讀者的傳奇。