生物電子顯微技術 1

1、實用生物電子顯微技術,總學時數：32授課學時：22實驗學時：10授課教師：范華聯系電話：6288312,緒　論,一、電子顯微鏡誕生的意義二、電鏡技術的概況　(一)儀器的進步 　(二)樣品制備技術的發(fā)展 三、電鏡技術的應用與未來　(一)電鏡技術的應用 　(二)電鏡技術的未來,1.了解電子顯微鏡誕生的意義、及未來2.掌握電鏡技術的概況與應用3.理解為什么光的波長成了光學顯微鏡 提高分辨率的不可逾越的障礙,教學目的

2、和要求,一、電子顯微鏡誕生的意義,1. 眼睛2. 光學顯微鏡3. 電子顯微鏡,1.眼睛,,2.光學顯微鏡,（1）1590年 荷蘭眼鏡制造商 J.Janssen和Z.Janssen父子 制作了第一臺復式顯微鏡， 盡管其放大倍數不超過10倍， 但具有劃時代的意義。,（2）1610年年意大利的物理 學家伽利略（Galileo） 創(chuàng)造出了具有目鏡、物 鏡和鏡筒的較為

3、復雜的 顯微鏡。,（3）1661年凱譜勒（Kepler）說明 了顯微鏡的光學原理。,（4）1665年英國人Robert Hook用自己設計與制造的 顯微鏡（放大倍數為40-140倍)觀察了軟木（櫟 樹皮)的薄片，第一次描述了植物細胞的構造，并 首次用拉丁文cella（小室)這個詞來稱呼他所看 到的類似蜂巢的極小的封閉狀小室（實際上只是 觀察到到纖維質的細胞壁)。然而這

4、一發(fā)現是一件 了不起的發(fā)現，這是人類有史以來第一次看到細 胞輪廓，是生物學上的一個飛躍，為研究生命的 本質和生物科學奠定了基礎。,Robert Hook和他的顯微鏡,（5）17世紀末，荷蘭生物學家、顯微 鏡專家列文虎克（Leeuwenhoek） 設計創(chuàng)造的顯微鏡，其放大倍數 已達到270倍，通過這一裝置， 他看到了單細胞生物、狗和人的 精子、酵母菌、紅細胞……,他一生中制造的顯微鏡有40

5、0臺并且在顯微鏡的改進方面作出了卓越的貢獻，后來被人們稱為“顯微鏡之父”。,（6）1752年英國望遠鏡商人J. Dollond 發(fā)明消 色差顯微鏡。（7）1812年蘇格蘭人D. Brewster 發(fā)明油浸物鏡， 并改進了體視顯微鏡。（8）1886年德國人Ernst Abbe 發(fā)明復消差顯微 鏡，并改進了油浸物鏡，至此普通光學顯微 鏡技術基本成熟。（9）1932年荷蘭籍德國人F. Zernik

6、e成功設計了 相差顯微鏡（phasecontrast microscope) ， 并因此獲1953年諾貝爾物理獎。,1738年的顯微鏡,1742年顯微鏡,1750年顯微鏡,1800年顯微鏡,1833年顯微鏡,1845年顯微鏡,1900年顯微鏡,1929年顯微鏡,1931年顯微鏡,1971年顯微鏡,3.電子顯微鏡,發(fā)展簡史,,（1）1924年，得布羅意（de Broglie）提出波粒二 象性假說（2）19

7、26年，布什（Busch）發(fā)現了旋轉對稱，不均 勻的磁場可以聚焦電子束（3）1931年，柏林大學的克諾爾(Knoll)和盧斯卡 (Ruska)研制出第一臺電鏡（點分辨率達到50nm）（4）1939年，德國西門子公司生產出第一批商用透 射電鏡（點分辨率10nm）（5）1942年，英國劍橋大學研制成世界上第一臺掃描電 子顯微鏡,（6）1950年，開始生產高壓電鏡（點分辨率優(yōu)于 0.

8、3nm，晶格條紋分辨率優(yōu)于0.14nm）（7）1956年，門特(Menter)發(fā)明了多束電子成像方 法，開創(chuàng)了高分辨電子顯微術 （8）1965年劍橋大學儀器公司生產出第一批商品掃描電鏡，分辨率50-100nm，最高放大倍數為1萬倍。,,我國的電鏡研制,1. 1959年中科院光學精密機械研究所、上海精密儀器廠等單位 首先研制成功我國第一臺透射電鏡（XD-100）；2. 1965年中科院科學儀器廠又研制成功D

9、X-3型透射電鏡；3. 1977上海新躍儀表廠設計制造出DXB2-12型透射電鏡。,,諾貝爾獎：Ernst Ruska，Gerd Binnig和Heinrich Rohrer分別因為發(fā)明電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡而分享1986年的諾貝爾物理學獎,,世界上第一臺電子顯微鏡TEM,三、電鏡技術的概況,1.分辨率的提高,（一）儀器的進步,第一臺電鏡：放大倍數12倍目前，電鏡的最佳晶格分辨率以達0.1nm， 點分

10、辨率已達0.2~0.3nm,2.電鏡功能的增加,,(二)樣品制備技術的發(fā)展,１.生物科學方面(1)細胞生物學的研究 用電鏡技術發(fā)現并揭示了細胞內各種細胞器的超微結構，特別是細胞骨架系統(tǒng)和生物膜的超微結構促進了對細胞的結構及其功能的研究，如:細胞生理和生化、細胞通訊與運輸、細胞分裂與分化、細胞增殖與調控等。,三、電鏡技術的應用與未來,（一）電鏡技術的應用,(2)分子生物學的研究 用電鏡技術揭示了核酸和蛋白質大分子的超微

11、結構，并對其進行了亞顯微測量;還研究了染色體的超微結構，拍攝了DNA轉錄mRNA的過程，觀察到了燈刷染色體、巨大多線染色體和在染色質纖維上間隔排列的球形核小體，并研究了核小體的化學組成和分子結構。另外，還進行了核酸分子雜交和編接基因缺失的觀察與研究以及核糖體和蛋白質合成機制的研究等。,(3)動物學和植物學方面 用電鏡技術進行了廣泛的細胞超微結構的研究，特別對動植物的分類學研究作出了貢獻。(4)微生物學方面 用電鏡技術

12、揭示了病毒、細菌和支原體等的超微結構，促進了微生物發(fā)育史的研究，并發(fā)現了新的細菌、病毒和類病毒等。,(1)基礎醫(yī)學方面 電鏡技術為超微病理學的研究提供了先進的手段，如:對病變細胞超微結構的研究，有助于探索病因和治療的機理。特別是高分辨力的電鏡更促進了分子病理學的產生與發(fā)展;在中醫(yī)基礎理論的研究方面也獲得了廣泛的應用，如針刺機理和中草藥藥理的研究等。,２.醫(yī)學科學方面,(2)臨床醫(yī)學方面 免疫電鏡技術為研

13、究疑難病癥的診斷與治療開辟了道路，如:對天花等病癥，用免疫電鏡技術可以在數分鐘內作出明確的診斷;另外對病毒性肝炎、腎病、血液病和腫瘤的分類和診斷也顯示出了優(yōu)勢。,３.農林科學方面 電鏡技術在植物保護、良種繁育、土壤改良、成分分析、品種的分類與鑒定和動植物各種疾病的病因、診斷與防治方面的研究都獲得了快速進展。４.材料科學方面 可用電鏡對各種非金屬和金屬材料的超微結構感行鑒定和檢測，以及進行新型材料的研制等。,１.縱向聯系

14、將不斷深入　　我們知道有多種類型的電鏡和眾多的樣品尉備方法，各有特長，且仍在不斷推陳出新。為了使研究結果更有說服力，現在趨向用不同的手段對同一種材料做多角度的觀察，并綜合分析各種資料，以便更全面、客觀和深入地進行分析與研究。,(二)電鏡技術的未來,２.橫向聯系將不斷擴展　　在電子顯微術不斷發(fā)展的同時，又涌現出許多種顯微技術和其它物理技術，它們都各有專長，如:掃描隧道顯微術、原子力顯微術、激光掃描共焦顯微術、掃描電-聲顯微術、免疫

15、熒光顯微術、順磁共振與核磁共振術、差示掃描量熱法、超離心技術和X-射線衍射術等。,３.儀器將繼續(xù)更新　　人類的想象能力和創(chuàng)造精神是無止境的，總要不斷地提出間題和解決間題，新的發(fā)現與發(fā)明仍將層出不窮，電鏡技術的未來難以預測。但一般來說，電鏡的操作將更多地依靠電腦調控，分辨力還要提高，一機多用的情況將更普遍，整體的構造將更小巧和輕便。,４.電鏡樣品制備技術將繼續(xù)層出不窮　　在樣品的制備技術方面仍將不斷地推陳出新，去奮力探求生物分子結

16、構及其功能之間的關系；或直接從原子水平研究物質的結構；或在進行超微結構觀察的同時進行化學成分和元素的分析、分子結構和原子結構的分析、甚至化學價態(tài)的分析等。,總之，電鏡技術的應用與未來前景無比廣闊，有許多新知識等待著人們去探索，有許多新方法等待著人們去創(chuàng)造，有許多新問題等待著人們去解決。長江后浪推前浪，總有一代新人會在電子顯微術的領域里努力探索，創(chuàng)造更美好的未來。,線粒體的TEM照片,管狀嵴線粒體,核被膜的TEM照片,異染色質（核內深染部