顯微鏡允許科學家可視化太小的標本和物體，無法肉眼. 研究中有兩種主要類型 – 光顯微鏡和電子顯微鏡. 兩者都放大了微小的結構，但在非常不同的原理上運行. 了解這些重要的科學工具之間的關鍵差異提供了對其各自優勢的見解, 限制, 和理想的應用.
光和電子顯微鏡如何工作?
光顯微鏡, 也稱為光學或複合顯微鏡, 利用可見光和玻璃鏡頭放大樣品. 下面源的光通過樣品，並由客觀鏡頭聚焦. 這種放大圖像通過人體管傳播，眼睛或相機的眼鏡鏡頭.
相比之下, 電子顯微鏡使用聚焦的電子束代替光束來成像樣品. 微小的電子波長提供了更高的電位分辨率. 然而, 電子顯微鏡需要復雜的支撐設備，例如真空泵, 電磁鏡頭, 和專門準備的樣品.
光顯微鏡依賴於可見光的波特性，而電子顯微鏡則利用了電子的粒子樣行為.
可能是什麼放大功率?
光顯微鏡的最大有用放大倍率為1000-1500x. 一些高級 研究級工具 可能達到2000x.
同時, 電子顯微鏡可以解決詳細信息 2 比肉眼可見的百萬倍.
與通過光學顯微鏡軸承的可見光波長相比.
他們的分辨能力如何比較?
分辨率是兩個對象之間仍然可以區分為獨立實體的最小距離.
光學顯微鏡的最佳分辨率是 200 奈米. 然而, 電子顯微鏡可以解決少於物體的解析 0.2 由於電子波長短得多，納米分開.
這使可視化微小的細胞結構（例如蛋白質組件）, 病毒, 甚至光學顯微鏡也無法解決的單個原子.
電子顯微鏡提供了極大的分辨率功能，揭示了納米級細節在光顯微鏡下看不見.
需要什麼樣品準備?
光學顯微鏡僅需要薄的部分或玻璃載玻片上的塗片. 污漬可用於增加對比度. 簡單的過程允許快速成像活細胞或組織.
相比之下, 電子顯微鏡要求復合物, 多步處理. 樣品是化學固定的, 脫水, 嵌入環氧樹脂, 小型截面, 並在觀看之前用重金屬染色. 活細胞無法生存這種苛刻的準備.
光學顯微鏡可以直接, 生物標本的快速成像, 電子顯微鏡需要冗長, 破壞性處理與活細胞不相容.
每個顯微鏡適合哪些生物學研究?
較低的放大限制在光學顯微鏡下的活細胞成像. 然而，光學顯微鏡在血液的臨床分析中表現出色, 尿, 和痰. Brightfield或熒光燈顯微鏡提供有關組織的關鍵數據, 微生物, 和細胞. 完整的生物也可以查看.
相比之下, 電子顯微鏡通過傳輸和掃描方式提供不可替代的超微結構細節. 內部細胞特徵，例如微管, 線粒體, 內質網, 和大分子復合物很容易可視化和分析.
光顯微鏡非常適合生存或最小準備樣品的細胞和組織級成像, 電子顯微鏡提供特殊處理的納米尺度超微結構視圖, 固定細胞和組織.
技術之間還有其他主要區別?
- 光顯微鏡使用可見光來照明, 電子在電子顯微鏡中充當成像源.
- 玻璃鏡頭聚焦光線以放大光學顯微鏡中的圖像, 但是電磁場充當操縱電子顯微鏡中電子的鏡頭.
- 重金屬污漬必須用於在電子顯微鏡中提供對比度.
- 光顯微鏡生成顏色圖像, 但是電子顯微鏡的圖像是黑白的.
- 輕型顯微鏡在實驗室長凳上易於使用. 然而, 電子顯微鏡需要整個房間來容納其大量組件.
- 電子顯微鏡在高真空下運行，因為電子無法通過空氣傳播.
照明來源, 鏡頭, 污漬, 圖像特徵, 可用性, 在光和電子顯微鏡之間，必要的工作條件在根本上有所不同.
哪個顯微鏡為研究提供了更多的價值?
光和電子顯微鏡都提供必不可少的, 生物學的補充優勢. 光學顯微鏡可以快速臨床診斷, 評估神經元或免疫細胞等活細胞, 和微生物的成像. 電子顯微鏡授予研究人員在納米量表上無與倫比的細胞結構觀點, 超過光學放大的限制. 使用這兩種技術的見解提供了對跨尺寸尺度的生物結構的更完整的理解.
光和電子顯微鏡應視為互補夥伴, 不競爭技術. 兩者都提供了進一步的科學知識和發現的獨特好處.
這些技術的未來如何?
創新旨在擴大每個顯微鏡方法的固有優勢，同時減輕局限性. 超分辨率熒光顯微鏡現在達到的分辨率以前限於電子顯微鏡，同時提供分子特異性和活細胞成像. 新穎的掃描電子顯微鏡設計可以使完全水合的研究, 活細胞. 相關顯微鏡整合了多種方式, 促進橋接大小從整個細胞到分子復合物.
然而, 仍然存在重大障礙. 活細胞中動態細胞內過程的常規電子顯微鏡仍然極具挑戰性. 大多數超分辨率方法都需要固定的細胞，這是由於依賴於電子顯微鏡的樣品製備的依賴. 但是顯微鏡的未來是光明的, 即使傳統的光和電子顯微鏡仍然保留了常規的無與倫比的優勢, 高質量的生物成像.
同時有希望, 新興顯微鏡創新目前為大多數生物成像需求提供了比傳統光和電子顯微鏡的有限好處.
結論
光和電子顯微鏡是現代生物科學的必要支柱, 儘管依靠根本不同的操作原則. 光學顯微鏡在具有直觀顏色對比的生活系統的快速成像上脫穎而出. 電子顯微鏡使研究人員具有納米量表的細胞景觀視圖. 雖然新興技術有望越來越多的能力, 鑑於其常規成像的無與倫比的優勢，這兩種技術都將保持牢固確定. 它們的互補優勢確保光和電子顯微鏡將繼續在可預見的未來提供寶貴的生物學見解.
