使用电子显微镜 (EM)可以观察到一个比我们用肉眼甚至常见光学显微镜所见的，小得多的世界。电子显微镜使用电子帮助我们“观察”细微物体，这与用光束在光学显微镜下观察我们的周围或物体是一个原理。借助电子显微镜，我们可以看到羽毛状的昆虫鳞屑、细胞的内部结构、单个蛋白质甚至是金属合金中的单个原子。
最常见的两种电子显微镜分别是透射电子显微镜 (TEM) 和扫描电子显微镜 (SEM)，但这两种仪器的区别可谓非常细微。本文中，我们将提供一些基础入门知识，以帮助初学者使用这一强大的技术。
想象您拿着一个亮度微弱的手电筒，身处一间暗室中。为了探查您的周围环境，您可能会从左到右和从上到下用光线扫遍房间，就像在阅读一本书一样。SEM 的原理与此类似，也是用电子束扫遍样本并记录反弹回来的电子。使用该技术，您可以观察几乎任何样本的表面，从工业金属到地理样本再到生物标本，如孢子、昆虫和细胞。虽然使用 SEM 观察能力无法达到 TEM 的细节程度，但 SEM 速度要快很多、限制更少，有时在有限或没有样本制备的情况下就能进行观察。
在剧院播放电影时，光线是透过胶片的图像传输的。在光束穿透的过程中，光经图像修改，使胶片上的内容得以显示。TEM 的原理与此相同，但它的电子是穿透（透射）超薄样本而达到下面的检测器。使用 TEM，您可以观察到小到单个原子的细节信息，从而以最高的分辨率展示了空前详细的结构信息。随着电子穿透物体，您还可以了解样本的内部结构，而这一点 SEM 无法实现。但是，TEM 只适用于薄到电子能够穿透的样本类型。这一变薄过程颇具技术难度，需要使用额外工具实现。
SEM（左）和 TEM（右）下的细菌图像。SEM 在一个平面上显示了众多细菌（绿色），而 TEM 图像显示了单个细菌的内部结构。
总体而言，TEM 可实现无可比拟的细节程度，但只适用于部分标本类型，且比 SEM 的使用要求更严苛。值得注意的是，诸如 cryo-EM（冷冻电子显微镜）（通常用于观察玻化、无定形状态的生物标本）的更先进技术，已经大幅扩展了 TEM 的功能。特别是，医疗保健行业可从 cryo-EM 目前揭示的分子及细胞级细节和机制信息中获益。
一般来说，如果您想观察相对大片区域，并且只需要了解表面的细节，SEM 是您的理想之选。如果您想以近似原子级的分辨率了解细微样本的内部细节，就必须使用 TEM。
本文作者 Alex Ilitchev
Alex Ilitchev 博士是 Thermo Fisher Scientific 的科学内容作家。
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