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xianweijing
顯微鏡
microscope

將微小物體或物體的微細(xì)部分高倍放大，以便觀察的儀器或設(shè)備。它廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究。生物學(xué)和醫(yī)學(xué)工作者在業(yè)務(wù)中也經(jīng)常使用顯微鏡。大致分為光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡。
光學(xué)顯微鏡 即以可見(jiàn)光為光源的顯微鏡。普通的光學(xué)顯微鏡在結(jié)構(gòu)上可分為光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械裝置兩個(gè)部分。光學(xué)系統(tǒng)主要包括目鏡、物鏡、聚光器、光闌及光源等部分。機(jī)械裝置主要包括鏡筒、鏡柱、載物臺(tái)、鏡座、粗細(xì)調(diào)節(jié)螺旋等部分（圖1 [光學(xué)顯微鏡]）。其基本光學(xué)原理如圖2[光學(xué)顯微鏡成像原理模式圖],圖中左邊小的凸透鏡代表短焦距的一組透鏡，稱物鏡。右邊大的凸透鏡代表長(zhǎng)焦距的一組透鏡，稱目鏡。被觀察的物體(AB)放在物鏡焦點(diǎn)(f)稍外的地方。物體的光線通過(guò)物鏡后在目鏡焦點(diǎn)(f)稍內(nèi)方形成一個(gè)倒立的放大實(shí)像(BA)。觀察者的眼睛通過(guò)目鏡將該實(shí)像(BA)進(jìn)一步放大為一個(gè)倒立的虛像(BA)。
目鏡位于顯微鏡筒的上方，一般由兩個(gè)凸透鏡構(gòu)成。它除了進(jìn)一步擴(kuò)大物鏡所形成的實(shí)像之外，也限制了眼睛所觀察的視野。按放大率分,常用目鏡有5倍、10倍和15倍三種。
物鏡一般位于顯微鏡筒的下方，接近所觀察的物體。由8～10片透鏡組成。其作用一是放大(給物體造成一個(gè)放大的實(shí)像）,二是保證像的質(zhì)量,三是提高分辨率。常用物鏡可按放大率分為低倍 (4×)、中倍(10×或20×)、高倍 (40×)和油浸物鏡(100×)。多個(gè)物鏡共同鑲在換鏡轉(zhuǎn)盤(pán)上，可以按需要轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)選擇不同倍數(shù)的物鏡。
顯微鏡的放大倍數(shù)為目鏡倍數(shù)乘物鏡倍數(shù)，如目鏡為10倍，物鏡為40倍,則放大倍數(shù)為40×10倍（放大400倍）。優(yōu)良的顯微鏡可放大2000倍，可分辨相距1×10cm的兩點(diǎn)。
當(dāng)白光通過(guò)凸透鏡時(shí),波長(zhǎng)較短的光（藍(lán)紫色）,其折射度大于長(zhǎng)波長(zhǎng)的光（紅橙色），因此，成像時(shí)在像周出現(xiàn)各色光譜圍繞,并且有一圈藍(lán)色或紅色的輝光,這種顏色上的缺陷稱為色差。由于光線進(jìn)入（和離開(kāi)）透鏡鏡面各部分的角度不同，從透鏡四周透過(guò)的光線與從透鏡中心透過(guò)的光線相比，其折射角度較大。因此，成像時(shí)在像周出現(xiàn)模糊而歪曲的影像。這種成像面彎曲的缺陷稱為球面差。一系列形狀、結(jié)構(gòu)和距離不同的凸和凹透鏡組互相配合，便能*大限度地糾正色差和球面差，形成一個(gè)明亮、清晰而準(zhǔn)確的影像。這就是目鏡或物鏡分別由一組透鏡構(gòu)成的緣故。這種透鏡稱為平場(chǎng)消色差透鏡。
光線從一種介質(zhì)（如空氣）投射到另一種較為致密的介質(zhì)(如玻璃)中時(shí)會(huì)彎向“法線”（與介質(zhì)交界面垂直的一條線）,如圖3 [光線通過(guò)物鏡時(shí)的情況]中的BOA線。光線由致密介質(zhì)(玻璃)進(jìn)到不致密介質(zhì)(空氣)中時(shí)會(huì)偏離“法線”，如AOB線(圖3a)當(dāng)光線穿過(guò)聚光鏡玻璃(折射率為1.51)進(jìn)入空氣時(shí)同樣會(huì)偏離,向外折射,因此進(jìn)入物鏡的光量減少很多，像的分辨力也降低。使用100倍物鏡時(shí),如果在物鏡和蓋玻片之間充以油液（折射率同樣為1.51）以隔絕空氣，則光線幾乎可以不折射地進(jìn)入物鏡，這就增加了像的亮度和分辨率。這種物鏡稱為油浸物鏡(圖3b)。
聚光器位于顯微鏡臺(tái)的下方，可會(huì)聚來(lái)目光源的光線，將光量集中于標(biāo)本，使標(biāo)本受到光強(qiáng)適度的均勻照射。聚光器的下端裝有孔徑光闌（光圈）以控制光束的粗細(xì)。
普通光學(xué)顯微鏡的照明光源位于聚光器的下方，為特制的照度均勻的強(qiáng)光燈泡，并且配有可變電阻，可以改變光線的強(qiáng)度。
由于普通光學(xué)顯微鏡的光源光線自鏡體下方向上透射，通過(guò)聚光鏡、物鏡，達(dá)到目鏡，因此在醫(yī)學(xué)及生物學(xué)研究中必須將被觀察的樣品切成能透過(guò)光線的、厚約6m 的薄片，并且要進(jìn)行染色以顯示不同的組織和細(xì)胞等細(xì)微結(jié)構(gòu)。整個(gè)加工過(guò)程稱常規(guī)組織制片技術(shù)，包括選取適當(dāng)?shù)慕M織材料經(jīng)甲醛（福爾馬林）液固定，逐級(jí)酒精脫水，石蠟包埋，用切片機(jī)將組織切成薄片裱在玻璃片上，再經(jīng)蘇木素―伊紅染料著色，*后將組織玻片封固在光學(xué)樹(shù)脂膠內(nèi)。制好的組織玻片可長(zhǎng)期保存。
顯微鏡的目鏡和物鏡安裝在鏡筒的兩端，它們的距離是固定的。將組織玻片放在載物臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)粗調(diào)螺旋使載物臺(tái)接近物鏡。組織切片進(jìn)入物鏡**焦平面，目鏡內(nèi)即可見(jiàn)標(biāo)本內(nèi)的組織影像。然后用細(xì)調(diào)螺旋使目鏡內(nèi)的影像清晰即可進(jìn)行觀察。改換放大倍數(shù)時(shí)就要調(diào)換目鏡或物鏡。
醫(yī)學(xué)和生物學(xué)常使用的光學(xué)顯微鏡 有下列12種：
暗視野顯微鏡 在普通光學(xué)顯微鏡臺(tái)下配一個(gè)暗視野聚光器（圖4）,來(lái)自下面光源的光線被拋物面聚光器反射，形成了橫過(guò)顯微鏡視野而不進(jìn)入物鏡的強(qiáng)烈光束。因此視野是暗的，視野中直徑大于 0.3m的微粒將光線散射，其大小和形態(tài)可清楚看到。甚至可看到普通明視野顯微鏡中看不見(jiàn)的幾個(gè)毫微米的微粒。因此在某些細(xì)菌、細(xì)胞等活體檢查中常常使用。
實(shí)體顯微鏡 由雙筒目鏡和物鏡構(gòu)成。放大率 7～80倍。利用側(cè)上方或下方顯微鏡燈照明。在目鏡內(nèi)形成一個(gè)直立的放大實(shí)像，可以觀察未經(jīng)加工的物體的立體形狀、顏色及表面微細(xì)結(jié)構(gòu),并能進(jìn)行顯微解剖操作,也可以觀察生物機(jī)體的組織切片。
熒光顯微鏡 在短波長(zhǎng)光波(紫外光或紫藍(lán)色光,波長(zhǎng)250～400nm）照射下，某些物質(zhì)吸收光能，受到激發(fā)并釋放出一種能量降級(jí)的較長(zhǎng)的光波（藍(lán)、綠、黃或紅光，波長(zhǎng)400～800nm），這種光稱熒光。某種物質(zhì)在短光波照射下即可發(fā)生熒光，如組織內(nèi)大部分脂質(zhì)和蛋白質(zhì)經(jīng)照射均可發(fā)出淡藍(lán)色熒光，稱為自發(fā)性熒光。但大部分物質(zhì)需要用熒光染料（如吖啶橙、異硫氰酸熒光素等）染色后，在短光波照射下才能發(fā)出熒光。熒光顯微鏡的光源為高壓汞燈，發(fā)出的紫外光源經(jīng)過(guò)激發(fā)濾光片(此濾光片可通過(guò)對(duì)標(biāo)本中熒光物質(zhì)合宜的激發(fā)光)過(guò)濾后射向普勒姆氏分色鏡分色鏡將激發(fā)光向下反射,通過(guò)物鏡投射向經(jīng)熒光染料染色的標(biāo)本。染料被激發(fā)并釋放出熒光,通過(guò)物鏡,穿過(guò)分色鏡和目鏡即可進(jìn)行觀察。目鏡下方安置有屏障濾片(只允許特定波長(zhǎng)的熒光通過(guò))以保護(hù)眼眼及降低視野暗度(圖4 [熒光顯微鏡光學(xué)原理])。熒光顯微鏡的特點(diǎn)是靈敏度高，在暗視野中低濃度熒光染色即可顯示出標(biāo)本內(nèi)樣品的存在，其對(duì)比約為可見(jiàn)光顯微鏡的 100倍。30年代熒光染色即已用于細(xì)菌、霉菌等微生物及細(xì)胞、纖維等的形態(tài)觀察和研究。如用抗酸菌熒光染色法可幫助在痰中找到結(jié)核桿菌。40年代創(chuàng)造了熒光染料標(biāo)記蛋白質(zhì)的技術(shù)，這種技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于免疫熒光抗體染色的常規(guī)技術(shù)中，可檢查和定位病毒、細(xì)菌、霉菌、原蟲(chóng)、寄生蟲(chóng)及動(dòng)物和人的組織抗原與抗體，可用以探討病因及發(fā)病機(jī)理，如腎小球疾病的分類及診斷，乳頭瘤病毒與子宮頸癌的關(guān)系等。在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究及疾病診斷方面的用途日益廣泛。
偏光顯微鏡 從光源發(fā)出的光線通過(guò)空氣和普通玻璃時(shí)，在與光線垂直的平面內(nèi)的各個(gè)方向以同一振幅進(jìn)行振動(dòng)并迅速向前方傳遞，這是光的波動(dòng)性原理?？諝馀c普通玻璃為各向同性體，又稱單折射體。如果該光源的光通過(guò)一種各向異性體（又稱雙折射體）時(shí)，會(huì)將一束光線分為各只有一個(gè)振動(dòng)平面的，而且振動(dòng)方向互相垂直的兩束光線。這兩束光線的振動(dòng)方向、速度、折光率和波長(zhǎng)都不相同。這樣只有一個(gè)振動(dòng)平面的光線稱偏振光。偏光顯微鏡即利用這一現(xiàn)象而設(shè)計(jì)。偏光顯微鏡內(nèi)，在物鏡與目鏡間插入一個(gè)檢偏鏡片，光源與聚光器間鑲有起偏鏡片，圓形載物臺(tái)可以作360°旋轉(zhuǎn)（圖5[偏光顯微鏡光學(xué)原理]）。起偏與檢偏鏡片處于正交檢偏位時(shí)，視野完全變黑。將被檢物體放在顯微鏡臺(tái)上。若被檢物為單折射體，則旋轉(zhuǎn)鏡臺(tái)，視野始終黑暗。若旋轉(zhuǎn)鏡臺(tái)一周，視野內(nèi)被檢物四明四暗，則說(shuō)明被檢物是雙折射體。許多結(jié)晶物質(zhì)（如痛風(fēng)結(jié)節(jié)中的尿酸鹽結(jié)晶、尿結(jié)石、膽結(jié)石等），人體組織內(nèi)的彈力纖維、膠原纖維、染色體和淀粉樣原纖維等都是雙折射體，可借偏振光顯微鏡術(shù)檢驗(yàn)，進(jìn)行定性和定量分析。
位相顯微鏡 又稱相差顯微鏡或相襯顯微鏡。普通光學(xué)顯微鏡之所以看不見(jiàn)未染色的組織、細(xì)胞和細(xì)菌、病毒等活機(jī)體的圖像，是因?yàn)橥ㄟ^(guò)樣品的光線變化差別（反差）很小。標(biāo)本染色后改變了振幅（亮度）和波長(zhǎng)（顏色），影響了反差而獲得圖像。但是染色會(huì)引起樣品變形，也可使有生命的機(jī)體死亡。要觀察不染色的新鮮組織、細(xì)胞或其他微小活體必須使用位相顯微鏡。位相顯微鏡的原理是兩個(gè)光波因位相差而互相干涉，出現(xiàn)光波強(qiáng)弱和反差的改變而成可見(jiàn)影像。點(diǎn)光源發(fā)出的光線可以表現(xiàn)為正弦波圖形(圖6a[位相顯微鏡])。兩個(gè)波峰間的距離為波長(zhǎng),波的振幅表示光的亮度(振幅大、亮度高)。設(shè)想同一光源發(fā)出的兩條光波,分別同時(shí)通過(guò)空氣及某種透明介質(zhì)。在通過(guò)一定厚度的某種透明介質(zhì)時(shí)，光波的速度就會(huì)降低，但是光的亮度未變。光波在通過(guò)該透明介質(zhì)后比一直在空氣中前進(jìn)的另一條光波遲滯了波長(zhǎng)，因而兩條光波出現(xiàn)了位相的變化（位相差）。但人眼不能分辨這兩條平行光線的位相差。如果這兩條光波射到光屏的同一點(diǎn)上，而且一條光波比另一條光波遲滯了半個(gè)波長(zhǎng)，即兩條光波因位相相反而互相干涉抵消則光線消失，或者相對(duì)振幅相互影響而光線減弱。如果一條光波雖然遲滯了一個(gè)波長(zhǎng),但兩條光波位相相同,則因波的疊加而光線增強(qiáng)。
位相顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)與普通光學(xué)顯微鏡相同。不同之處在于：①物鏡鏡頭上面，在物鏡第二焦平面裝有一塊圓盤(pán)狀的位相板（圖6b[位相顯微鏡]）。②聚光器下面，在聚光器**焦平面裝有環(huán)形光束，光束上刻有狹窄的縫隙可通過(guò)環(huán)形強(qiáng)光(圖6c[位相顯微鏡])。如圖6d所示，環(huán)形光束 A點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)聚光器后成為平行光線。光線通過(guò)載物臺(tái)上的樣品時(shí)，因樣品內(nèi)各個(gè)質(zhì)點(diǎn)(如b點(diǎn))的折射率不同而受到干涉，發(fā)生衍射,即分為未偏向波（實(shí)線）和偏向波(虛線)。未偏向波通過(guò)物鏡聚焦于位相板 A 點(diǎn)上成像，然后通過(guò)位相板，均勻地分布在標(biāo)本像平面上成為背景。偏向波通過(guò)物鏡后從位相板 A點(diǎn)周圍通過(guò)位相板同樣聚焦在像平面的B上。換句話說(shuō)，未偏向波和偏向波是分別通過(guò)位相板的不同部位。在位相板上不同的區(qū)域涂有不同的涂層，可以分別改變未偏向波或偏向波的速度和亮度，由此兩種光波出現(xiàn)了位相差，差了半個(gè)波長(zhǎng)或一個(gè)波長(zhǎng)，它們?cè)谙衿矫娴暮喜ň统霈F(xiàn)明暗對(duì)比，樣品內(nèi)的各個(gè)細(xì)節(jié)也就能看得見(jiàn)。
總之，位相顯微鏡是利用樣品中質(zhì)點(diǎn)折射率的不同或質(zhì)點(diǎn)厚度的不等，產(chǎn)生光線的相位差，使新鮮標(biāo)本不必染色就可以看到，而且能夠觀察到活細(xì)胞內(nèi)線粒體及染色體等精細(xì)結(jié)構(gòu)，還可以應(yīng)用于霉菌、細(xì)菌、病毒等更微小活體的研究，進(jìn)行標(biāo)本形態(tài)、數(shù)量、活動(dòng)及分裂、繁殖等生物學(xué)行為觀察，并可進(jìn)行量度與比較。
倒置式顯微鏡 普通顯微鏡鏡的物鏡頭方向向下接近標(biāo)本。倒置式顯微鏡的物鏡鏡頭則處于垂直向上的位置，因此目鏡和鏡筒的縱軸與物鏡的縱軸呈45度角。載物臺(tái)面積較大，在物鏡上方，載物臺(tái)上方有一個(gè)長(zhǎng)焦距聚光器和照明光源。物鏡和聚光器可裝配位相顯微鏡的附件。放大率16～80倍。組織培養(yǎng)瓶和培養(yǎng)皿可以直接放在載物臺(tái)上，進(jìn)行不染色新鮮標(biāo)本及活體、細(xì)胞的形態(tài)、數(shù)量和動(dòng)態(tài)觀察。可進(jìn)行多孔微量生物化學(xué)及免疫反應(yīng)平板的結(jié)果觀察。倒置式顯微鏡可換用普通亮視野光學(xué)鏡頭；可裝配偏振光、微分干涉差、熒光附件進(jìn)行觀察。
微分干涉差顯微鏡(DIC) 又稱干擾或干涉顯微鏡。能看到和測(cè)定微小的位相變化，與位相顯微鏡相似，使無(wú)色透明的標(biāo)本具有明暗和顏色的變化，從而增強(qiáng)反差。在普通光學(xué)顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)上安裝偏光和干涉部件，以及360°旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)它又利用偏振光的干涉原理。如圖7[微分干涉差顯微鏡光學(xué)原理]所示,在光源上方安置有起偏鏡片和光束分解棱鏡。從起偏鏡片出來(lái)的直線偏振光通過(guò)光束分解棱鏡后，分成互相垂直振動(dòng)的兩條直線偏振光。兩條光線經(jīng)聚光器折射后射向樣品。因樣品內(nèi)各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的折射射率不同，部分光波的位相改變及因干涉而發(fā)生橫向偏移。兩條光線通過(guò)物鏡后經(jīng)第二組光束分解棱鏡相合并，由檢偏鏡發(fā)生干涉。終末像的每一個(gè)點(diǎn)是由物體上同一點(diǎn)的兩個(gè)互相重疊的不同圖像構(gòu)成的一種混合像，從而使肉眼得以辨識(shí)。
微分干涉差顯微鏡同樣可以觀察到在普通亮視野中看不見(jiàn)的無(wú)色透明物體,可以觀察細(xì)胞、細(xì)菌等活體,而且影像呈立體感，較位相顯微鏡的影像更細(xì)致、更逼真?？捎盟鼘?duì)活細(xì)胞的各個(gè)部位作更精細(xì)的研究。如果用白光照明，不同位相表現(xiàn)為各種顏色，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，顏色會(huì)發(fā)生變化。單色光照明產(chǎn)生明暗反差，各種成分呈現(xiàn)不同的對(duì)比度。微分干涉差顯微鏡又可以作為一種高度精密的超微量光學(xué)天平來(lái)使用，用以估測(cè)的干物體的精確質(zhì)量可以小到 1×克。當(dāng)細(xì)胞中所含固體物質(zhì)的濃度增加百分之一時(shí)，其折射率相應(yīng)增加0.0018。細(xì)胞各相成分的折射率可以根據(jù)它與相關(guān)區(qū)域（懸浮液區(qū)）間位種的不同而估計(jì)，從而可進(jìn)一步算出一個(gè)細(xì)胞中某些成分的干燥重量。
攝影顯微鏡 現(xiàn)代高質(zhì)量顯微鏡均可安裝顯微照相的各種附件，可以及時(shí)完整地保留科學(xué)資料。用于照相的顯微鏡要 求光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)件結(jié)構(gòu)精密，鏡體堅(jiān)固穩(wěn)定。它裝配三目鏡筒，其中兩個(gè)45°角觀察用目鏡鏡筒和一個(gè)中央垂直鏡筒安裝 135照相機(jī)、曝光測(cè)量附件、照相目鏡及取景鏡頭，可以進(jìn)行取景和調(diào)焦。聚光器能調(diào)節(jié)視場(chǎng)中心并配有孔徑光闌使視場(chǎng)照明均勻。鏡座有可調(diào)節(jié)視場(chǎng)光闌，有電壓表和電壓顯示燈。有可變電阻調(diào)節(jié)照明亮度。照明光源為6～12伏40～100瓦鹵素?zé)襞荨?0年代的自動(dòng)曝光顯微照相裝置具有自動(dòng)卷片，自動(dòng)測(cè)光、自動(dòng)控制曝光，測(cè)量和調(diào)整色溫以及倒易律失效的補(bǔ)償?shù)雀黜?xiàng)功能，均用電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，可以進(jìn)行黑白感光片、彩色負(fù)片和彩色幻燈片的投照。
中央垂直鏡筒又可以安裝電視攝像裝置或16mm電影攝影機(jī)及控制裝置，可對(duì)活體標(biāo)本進(jìn)行定時(shí)定格或連續(xù)的攝影記錄。
萬(wàn)能研究用攝影顯微鏡系統(tǒng) 集普通亮視野、暗視野、偏振光、熒光、位相、微分干涉差、顯微攝影等各項(xiàng)功能于一個(gè)系統(tǒng)中。還有電子計(jì)算機(jī)控制的低倍攝影自動(dòng)聚焦、自動(dòng)轉(zhuǎn)換物鏡、聚光器自動(dòng)匹配、自動(dòng)調(diào)整光源亮度等功能。機(jī)身安裝兩個(gè)135照相機(jī),一個(gè)4×5英寸大版照相機(jī)?？闪硗獍惭b電視攝像和16mm電影攝影裝置，同樣具有自動(dòng)卷片、自動(dòng)測(cè)光、自動(dòng)控制曝光、測(cè)量和調(diào)節(jié)色溫、倒易體失效補(bǔ)償?shù)榷囗?xiàng)功能。
電子顯微鏡 光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)由于所用光波的波長(zhǎng)而受到限制。小于光波波長(zhǎng)的物體因衍射而不能成像。***的光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)的限度約 200nm(2000)。為了突破這一限度，可采用電子射線來(lái)代替光波。電子微粒以高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其行為類似光波的傳播過(guò)程。運(yùn)動(dòng)電子的波長(zhǎng)隨其速度而定，在增壓達(dá)50萬(wàn)伏時(shí)，其波長(zhǎng)為0.001nm(0.01),即電子射線的波長(zhǎng)約為可見(jiàn)光的十萬(wàn)分之一,其分辨本領(lǐng)的極限約為4，其放大倍數(shù)比***的光學(xué)顯微鏡要高很多級(jí)。以電子射線為電子光源的顯微鏡稱為電子顯微鏡?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)和生物學(xué)使用的電鏡分辨率為5～10,即放大率為10～20萬(wàn)倍。
由于標(biāo)本厚薄不同，超薄切片機(jī)切出的很薄的標(biāo)本，可用透射式電子顯微鏡觀察。不能切得很薄的標(biāo)本可用掃描式電鏡進(jìn)行觀察。
透射式電子顯微鏡(TEM) 是*常用的電子顯微鏡，由電子槍、電磁透鏡系統(tǒng)、熒光屏（或照相機(jī)）、鏡筒、鏡座、變壓器、穩(wěn)壓裝置、高壓電纜、真空泵系統(tǒng)、操縱臺(tái)等部分組成電子槍相當(dāng)于光學(xué)顯微鏡中的光源,供應(yīng)和加速?gòu)年帢O熱鎢絲發(fā)射出來(lái)的電子束。電鏡所用的電壓一般在20～30萬(wàn)伏特，才足以使電子槍里的電子以高速飛出。電子通過(guò)聚光透鏡，達(dá)到標(biāo)本上，因?yàn)闃?biāo)本很薄，高速電子可以透過(guò)，并且由于標(biāo)本各部分的厚度或密度不同，通過(guò)的電子就有疏密之分。電壓需要嚴(yán)格穩(wěn)定才能使成像穩(wěn)定，很小的電壓改變就會(huì)引起嚴(yán)重干擾。像的亮度可以通過(guò)電子槍來(lái)控制。
電磁透鏡組相當(dāng)于光鏡中的聚光器、物鏡及目鏡系統(tǒng)。電子束通過(guò)各個(gè)電磁透鏡的圓形磁場(chǎng)的中心時(shí)可被會(huì)聚而產(chǎn)生像。電鏡的透鏡系統(tǒng)由4組電磁透鏡組成,包括聚光透鏡、物鏡、中間透鏡和投射透鏡(目鏡)?？筛淖兙酃馔哥R的電流使電子束對(duì)標(biāo)本聚焦并提供“照明”。物鏡靠近標(biāo)本的焦點(diǎn)上。通過(guò)物鏡、中間鏡和投射鏡的三級(jí)放大，能在一定的距離處得到高倍的放大像，*終形成的像投射到熒光屏上。在熒光屏部位可換用黑白膠片以制取相片底板。改變電磁線圈中的電流量從而使電磁透鏡調(diào)焦，并產(chǎn)生不同的放大率（圖8 [透射式電子顯微鏡]）。
為了盡量減少電鏡中電子與空氣分子相碰撞而產(chǎn)生散射的機(jī)會(huì)，鏡筒中的真空度要求很高，因此密封的鏡筒與真空泵相連。由于標(biāo)本需置于真空的鏡筒內(nèi)，因此不能檢查活材料。
光鏡主要利用可見(jiàn)光波作為光源，樣品染色后改變了光的波長(zhǎng)(顏色)和振幅（亮度），影響了反差從而得到圖像。電鏡使用電子射線。電子束的穿透力不強(qiáng)，所以供電鏡檢查的標(biāo)本必須切到薄至50～ 100nm厚度的切片。電鏡切片的制作步驟與光鏡切片類似，也是由固定、脫水、包埋、切片和染色等程序組成：首先從欲觀察的標(biāo)本上取材,體積約1。通過(guò)戊二醛和四氧化鋨雙固定后，逐級(jí)酒精（或丙酮）脫水,環(huán)氧樹(shù)脂包埋,超薄切片機(jī)切片。在電鏡中像的形成是組織片各個(gè)部分對(duì)電子束的電子產(chǎn)生不同散射的結(jié)果，標(biāo)本中致密的地方(細(xì)節(jié))散射強(qiáng)?？墒褂酶鞣N重金屬鹽染色以增加反差，常用的是醋酸鈾和枸櫞酸鉛復(fù)染。由于電子束穿不透玻璃，染好的薄膜切片放在小銅網(wǎng)格上作電鏡觀察。
冷凍蝕刻技術(shù)是50年代發(fā)明、后來(lái)經(jīng)過(guò)改進(jìn)的一種新的電鏡標(biāo)本加工技術(shù)。其主要原理是把液氮內(nèi)快速超低溫(-200℃)冷凍的生物標(biāo)本放在真空冷凍裝置里斷裂，從而將不同部位的細(xì)胞器內(nèi)部結(jié)構(gòu)暴露出來(lái)，表現(xiàn)出高低不等的三維結(jié)構(gòu)。在新形成的折斷面上噴鍍一層鉑金碳膜（復(fù)型）。將已鍍膜標(biāo)本在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性腐蝕溶液里消化，復(fù)型膜即漂浮、經(jīng)打撈、清洗，放在小銅網(wǎng)上進(jìn)行電鏡觀察和照相。冷凍蝕刻技術(shù)在細(xì)胞生物膜結(jié)構(gòu)（如細(xì)胞膜、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等）的研究上發(fā)揮了重大作用。
掃描式電子顯微鏡(SEM) 標(biāo)本較厚的表面要產(chǎn)生一個(gè)電子光學(xué)圖像就要采用電子掃描法（圖9 [掃描電子顯微鏡結(jié)構(gòu)示意圖]）。掃描電鏡的電子槍和電磁透鏡的結(jié)構(gòu)原理類似透射電鏡。電子槍產(chǎn)生的大量電子通過(guò)三組電磁透鏡的連續(xù)會(huì)聚形成一條很細(xì)的電子射線（電子探針）。這條電子射線在電鏡筒內(nèi)兩對(duì)偏轉(zhuǎn)線圈的作用下，順序在標(biāo)本表面掃描。由于來(lái)自鋸齒波發(fā)生器的電流同時(shí)供應(yīng)電鏡鏡筒內(nèi)的和顯示管的兩組偏轉(zhuǎn)線圈，使得顯示器的電子射線在熒光屏上產(chǎn)生同步掃描。從標(biāo)本上射出的電子經(jīng)探測(cè)器收集，被視頻放大器放大并控制顯示管亮度。因此在熒光屏上掃描的亮度被標(biāo)本表面相應(yīng)點(diǎn)所產(chǎn)生的電子數(shù)量所控制，因而在熒光屏上顯示出標(biāo)本的高倍放大像。通過(guò)控制兩套偏轉(zhuǎn)線圈的電流便可控制放大率的倍數(shù)。另外安裝有一個(gè)同樣的照相用同步掃描顯示管。
掃描電鏡標(biāo)本制作中，既要脫水又要基本保持其自然狀態(tài)，因此使用標(biāo)本的臨界冷凍干燥技術(shù)：將組織表面清洗干凈，經(jīng)戊二醛和四氧化鋨雙重固定，逐級(jí)丙酮脫水。由于乙酸戊酯與液化Co置換十分容易,因此首先用梯度乙酸戊酯置換丙酮。然后將標(biāo)本放入密閉耐壓室內(nèi)，導(dǎo)入液態(tài)Co，使之浸沒(méi)標(biāo)本。很快Co將標(biāo)本內(nèi)乙酸戊酯完全置換出來(lái)，將后者排出耐壓室。同時(shí)耐壓室內(nèi)的液態(tài)Co與迅速蒸發(fā)的氣態(tài)Co分子之間的互變達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。使溫度逐漸上升,液態(tài)Co蒸發(fā)加快而密度相應(yīng)降低。達(dá)到Co的臨界溫度31.1℃時(shí),氣、液二相密度相同，二相的差異完全消失，即達(dá)到相的平衡，此時(shí)表面張力為零。使溫度繼續(xù)保持在稍高于臨界溫度的條件下，緩慢排出Co氣體,當(dāng)Co排盡時(shí),標(biāo)本即已干燥。取出干燥好的標(biāo)本，經(jīng)真空噴鍍一層碳合金，或放入離子鍍膜機(jī)內(nèi)鍍鉑和金，以增加標(biāo)本的導(dǎo)電能力，加強(qiáng)反差和增強(qiáng)標(biāo)本的穩(wěn)定性。然后即可進(jìn)行掃描電鏡觀察。
掃描電鏡具有分辨率高、景深長(zhǎng)、視野廣、顯示三維立體結(jié)構(gòu)、便于觀察和標(biāo)本制備簡(jiǎn)單等許多優(yōu)點(diǎn)，在生物學(xué)及醫(yī)學(xué)上應(yīng)用愈來(lái)愈多，用以觀察和研究生物標(biāo)本的表現(xiàn)形態(tài)和內(nèi)部立體結(jié)構(gòu)。掃描電鏡的分辨本領(lǐng)已達(dá)到70的水平，已可以直接觀察脫氧核糖核酸(DNA)的分子結(jié)構(gòu)。