认识病毒

做好科学防护

日立电镜大显身手

PART.01

认识病毒 

诺如病毒

可能引起急性肠胃炎的 一种病毒 

《试验样品提供者》 日本国立感染症研究所 客座研究员Etsuko Utagawa老师

诺如病毒，又称诺瓦克病毒是人类杯状病毒科属的一种病毒。是一组形态相似、抗原性略有不同的病毒颗粒。

诺如病毒感染性腹泻在全世界范围内均有流行，全年均可发生感染，感染对象主要是成人和学龄儿童，寒冷季节呈现高发。

诺如病毒感染性腹泻在全世界范围内均有流行，全年均可发生感染，感染对象主要是成人和学龄儿童，寒冷季节呈现高发。

甲型H3N2流感病毒

与普通的感冒相比, 传染能力较强，甲型H3N2流感是一种由粘病毒引起的呼吸系统疾病，可以通过多种动物的呼吸道传播（狗，鸡,鸭等），患者多表现出普通流行性感冒的症状，有时会出现腹泻和呕吐。

腺病毒

可能导致结膜炎、 肺炎等的一种病毒

PART.02

导致禽流感、诺如病毒等疾病的罪魁祸首即病毒,它的大小仅为30〜 150纳米（1纳米：十亿分之一米），只有通过电子显微镜才能观察到。 

电子显微镜在这些病毒的治 疗方案研究和药品研发方面,发挥着十分重要的作用。

PART.03

日常生活如何做好科学防护

合理佩戴口罩

出入医院、地铁、公交、商场等公共场所要佩戴口罩。如果患有传染性疾病，外出时更应该佩戴口罩，同时与他人保持至少1米以上距离。

讲好个人卫生

保持工作、生活场所卫生，勤换、勤洗、勤晒衣服、被褥。不随地吐痰，个人卫生用品切勿混用。

加强锻炼，规律作息

春天是运动锻炼的好时机，积极参加体育运动、经常锻炼，可以有效增强抵抗力。同时，在工作和生活中要注意劳逸结合，保证充足的睡眠，对提高自身的抵抗力也相当重要。

自1965年第 一台商品扫描电镜问世以来，经过50多年的不断改进，扫描电镜的分辨率已经大大提高，而且大多数扫描电镜都能与X射线能谱仪等附件或探测器组合，成为一种多功能的电子显微仪器。在材料领域中，扫描电镜发挥着极其重要的作用，可广泛应用于各种材料的形态结构、界面状况、损伤机制及材料性能预测等方面的研究，如图1所示的纳克微束FE-1050系列场发射扫描电镜。

图1 纳克微束FE-1050系列场发射扫描电镜

场发射扫描电镜组成结构可分为镜体和电源电路系统两部分，镜体部分由电子光学系统、信号收集和显示系统以及真空系统组成，电源电路系统为单一结构组成。

1.1 电子光学系统

由电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室等部件组成。其作用是用来获得扫描电子束，作为信号的激发源。为了获得较高的信号强度和图像分辨率，扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。

1.2 信号收集

检测样品在入射电子作用下产生的物理信号，然后经视频放大作为显像系统的调制信号。1.3 真空系统

真空系统的作用是为保证电子光学系统正常工作，防止样品污染，一般情况下要求保持10-4~10-5Torr的真空度。

1.4 电源电路系统

电源系统由稳压，稳流及相应的安全保护电路所组成，其作用是提供扫描电镜各部分所需的电源。

图3为扫描电镜工作原理示意图，具体如下：由电子枪发出的电子束在加速电压（通常200V～30kV）的作用下，经过两三个电磁透镜组成的电子光学系统，电子束被聚成纳米尺度的束斑聚焦到试样表面。与显示器扫描同步的电子光学镜筒中的扫描线圈控制电子束，在试样表面的微小区域内进行逐点逐行扫描。由于高能电子束与试样相互作用，从试样中发射出各种信号（如二次电子、背散射电子、X射线、俄歇电子、阴极荧光、吸收电子等）。

图3 扫描电镜的工作原理示意图

这些信号被相应的探测器接收，经过放大器、调制解调器处理后，在显示器相应位置显示不同的亮度，形成符合人类观察习惯的二维形貌图像或者其他可以理解的反差机制图像。

由于图像显示器的像素尺寸远大于电子束斑尺寸，且显示器的像素尺寸小于等于人类肉眼通常的分辨率，显示器上的图像相当于把试样上相应的微小区域进行了放大，而显示图像有效放大倍数的限度取决于扫描电镜分辨率的水平。

早期输出模拟图像主要采用高分辨照相管，用单反相机直接逐点记录在胶片上，然后冲洗相片。随着电子技术和计算机技术的发展，如今扫描电镜的成像实现了数字化图像，模拟图像电镜已经被数字电镜取代。

扫描电镜是科技领域应用最多的微观组织和表面形貌观察设备，了解扫描电镜的工作原理及其应用方法，有助于在科学研究中利用好扫描电镜这个工具，对样品进行全面细致的研究。

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分辨率是扫描电子显微镜 (Scanning Electron Microscope, SEM)基本的性能判断指标，对成像而言，它是指能分辨两点之间的最小距离；对微区成分分析而言，它是指能分辨的最小区域。分辨距离或区域越小，性能越好，分辨率越高。

一般来说，扫描电子显微镜的分辨率可能会受到以下因素的影响：

一、入射电子束束斑直径

该项指标决定了扫描电镜分辨率的极限，一般场发射电子枪可使束斑直径小于3nm。

二、入射电子束在样品中的扩展效应

扩散程度取决于入射束电子能量的高低和样品原子序数的大小。入射束能量越高，样品原子序数越小，则电子束作用体积越大，产生信号的区域随电子束的扩散而增大，从而降低了分辨率。

三、调制信号

分辨率与信号本身的能量和信号取样的区域范围相关，以二次电子为调制信号为例。当二次电子为调制信号时，由于其能量低(小于50 eV)，平均自由程短（10~100nm左右），只有在表层50～100nm的深度范围内的二次电子才能逸出样品表面，发生散射次数很有限，基本未向侧向扩展，因此，二次电子像分辨率约等于束斑直径，即扫描电镜分辨本领的极限。

除了上述因素以外，图像分辨率还和工作条件密切相关，加速电压、束流束斑、工作距离、光阑大小、明暗对比度、探测器的选择等都会影响成像质量。例如，不管任何电镜、任何电压束流条件，都是工作距离越近，分辨率越好。不过工作距离越近，操作越危险，需要操作者谨慎操作避免试样碰撞极靴；且工作距离越近，试样允许的倾转角度也会受到更大的限制。

由此可见，作为一种精密科学仪器，扫描电镜的使用是有较高操作要求的。而为了降低使用门槛，纳克微束FE-1050系列扫描电子显微镜进行了针对性的改进。一方面，在新一代电子光学镜筒的加持下，FE-1050系列展现出低电压、高分辨的卓 越性能，达到1.5nm@1kV的国际先进水平；另一方面，FE-1050系列还配备了27个端口拓展以及宽大的主真空舱室，能够轻松应对各类成像、分析需求。

当下，加快尖端科研仪器装备的国产化替代已成为实现高水平科技自立自强的重要工作，为强化战略科技力量，近期国家陆续出台多个相关政策，设立综合性国家科学中心、西部科学城等多个重大科技专项并推动其建设，以实现关键核心技术的加速发展。

纳克微束作为央企科研国家队积极响应国家号召，致力于推动中国显微技术行业高质量发展，助力我国科学与技术硬实力提升。未来，纳克微束将陆续在全国各地布局演示中心，进一步探索材料科学、半导体、新能源、生命科学等前沿科技领域的应用场景，推动国产扫描电镜行业的高质量发展。

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二次电子像分辨率 0.8 nm（加速电压 15 kV），1.0 nm（加速电压 1 kV ）

分析时 3.0 nm (加速电压 15 kV, WD 8 mm, 探针电流 5 nA ) 

倍率 Direct magnification:  x25 to 1,000,000（120 x 90 mm）

Display magnification:  x75 to 3,000,000（1,280 x 960 pixels） 

加速电压 0.1 ～ 30 kV 

探针电流 数 pA ～ 200 nA 

电子枪 浸没式肖特基场发射电子枪 

透镜系统 聚光镜（CL）、  最 佳光阑角控制镜（ACL）、  半浸没式物镜（OL） 

样品台 全对中测角样品台、5轴马达驱动 

电子检测器系列 高位检测器、　r‐过滤器　内置、  低位检测器 

自动功能 自动聚焦、自动消象散、自动亮度/衬度调节 

图像观察用

液晶显示器 屏幕尺寸 23英寸宽屏

 分辨率　1,920 × 1,080像素 

抽真空系统 电子枪室／中间室　SIP 离子泵

样品室　TMP 分子泵 

第3期 生物～水中篇～

请大家欣赏使用日立扫描电镜、透射电镜拍摄到的奇妙的微观世界。

使用电子显微镜观察湖水中的微生物。

那么，一起来看看吧！

水蚤

水蚤的SEM图像

（放大倍率：100倍）

水蚤的SEM图像

（放大倍率：250倍）

我们在水户市的千波湖里发现了这个微生物。水蚤是一种浮游微生物，大量生存在浅水湖和水渠中。它体型小，看起来像昆虫，但和虾、蟹属于同一类别。在电子显微镜下，可以观察到它们的身体内部结构。

铜绿微囊藻

铜绿微囊藻的SEM图像

（放大倍率：100倍）

成群的细胞聚集

铜绿微囊藻的SEM图像

（放大倍率：2,000倍）

直径为3-4μm的球状细胞

样品提供：神奈川县内广域水务局 建部 修

样品采集自神奈川县的津久井湖。我相信大家都见过湖水表面呈混浊的蓝绿色。这是浮游植物“蓝绿藻”大量繁殖造成的。铜绿微囊藻是引起蓝藻水华的优势藻种之一。

透过电镜我们了解到，即使是肉眼看不到的微生物，其身体结构也很复杂。

好啦，今后让我们继续一起发掘那些肉眼看不到的奥妙吧!