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探索物质结构之透射电子显微镜 透射电子显微镜( 二 )


在化学领域 ， 原位透射电子显微镜以其空的超高分辨率为气相和液相化学反应的原位观察提供了重要手段 。原位透射电子显微镜用于进一步了解化学反应的机理和纳米材料的转变过程 ， 以便从化学反应的本质来理解、控制和设计材料的合成 。目前 ， 原位电子显微镜在材料合成、化学催化、能源应用和生命科学等领域发挥了重要作用 。透射电子显微镜可以在极高的放大倍数下直接观察纳米颗粒的形貌和结构 ， 是纳米材料最常用的表征方法之一 。天津大学的和美国布鲁克海文国家实验室的L.xin用原位透射电镜观察了Co-Ni双金属纳米颗粒在氧化过程中的形貌变化 。完全混合的Co和Ni合金颗粒被氧化后 ， Co和Ni发生部分分离空 ， 并从理论上解释了这一现象 。
在生物学领域 ， 经常使用X射线晶体学和核磁共振来研究生物大分子的结构 ， 蛋白质的位置精度可以确定到0.2 nm ， 但各有各的局限性 。x射线晶体学以蛋白质晶体为基础 ， 往往研究分子的基态结构 ， 而对分析分子的激发态和过渡态无能为力 。大分子在体内经常相互作用形成复合物 ， 这些复合物的结晶非常困难 。核磁共振虽然可以获得溶液中分子的结构 ， 研究分子的动态变化 ， 但主要适用于研究分子量较小的生物大分子 。近年来 ， 冷冻电镜技术突破了冷冻成像和图像处理的瓶颈 ， 发展成为广泛应用于结构生物学的新技术 。它可以快速、高效、简单、高分辨率地分析高度复杂的超大生物分子结构 ， 大大超越了传统的X射线晶体学技术 。清华大学研究组通过从酵母细胞中提取内源性蛋白质获得了性质良好的样品 ， 并利用单颗粒冷冻电镜技术在近原子水平上分析了酵母剪接体的高分辨率三维结构 ， 阐述了剪接体剪接信使RNA前体的工作机制 。
透射电子显微镜的发展方向
目前 ， 透射电镜有几个重要的发展方向 。第一 ， 分辨率的提升 。分辨率一直是透射电镜的发展目标和方向 。应开发新一代单色仪和球差校正器 ， 以进一步提高透射电子显微镜的能量分辨率和空分辨率 ， 特别是对于低压电子显微镜 。第二 ， 发展原位透射电镜技术 。原位透射电镜在材料合成、化学催化、生命科学和能源材料等领域有着重要的应用 。通过在原子尺度上实时观察和控制气相反应和液相反应 ， 可以研究反应的本质机理等科学问题 。第三 ， 它在生物大分子结构研究中的应用更加广泛 。低温显微镜在生物大分子结构研究中的广泛应用将推动低温显微镜技术的不断发展 。冷冻电镜在生物学领域的应用越来越受到重视 ， 已经成为连接生物大分子和细胞的纽带和桥梁 。
从透射电子显微镜诞生到今天的80多年 ， 人们借助透射电子显微镜解决了许多科学问题 。透射电子显微镜也在发展进步 ， 功能越来越全面 ， 性能越来越好 。虽然在发展过程中还存在一些问题和挑战 ， 但相信在全体科研工作者的共同努力下 ， 问题终将得到解决 ， TEM的各项技术将得到进一步发展和突破 。


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