购置扫描电子显微镜申请报告

一、绩效目标的合理规划

海洋生物遗传资源重点实验室的建设定位于满足国家需求和学科发展需要，采取基础研究与应用基础研究相结合的原则，围绕海洋生物遗传资源可持续利用的主题，瞄准海洋生物技术发展前沿，重点开展养殖病毒病害和深海极端微生物的研究，揭示海洋生物之间相互作用的分子机理，采集、保藏生物基因资源，探索生物与环境的协同演化。实验室的建设目标是建立国家级具备国际竞争力的海洋生物遗传资源研究基地。

拟购买的扫描电子显微镜将用于海洋微生物资源研究、深海微生物与环境协同演化研究、海洋生物细胞形态研究、古海洋生物研究、海洋鱼类研究、海洋生物分类研究、海洋生物病毒学研究、海洋生物资源的应用开发、海底土壤和矿物研究等重要方向和领域。预计仪器利用率将达1800小时/年，除本研究所自身使用以外，用户还包括厦门大学、集美大学、厦门市出入境检验检疫局、厦门环保局、厦门市水产养殖研究所、厦门海洋环境检测中心、厦门市水质监测站、福建省水产研究所、福建省海洋研究所、福建省亚热带植物研究所、厦门第一医院、中山医院等单位，涉及到生物、材料、环保、化工、食品、卫生、医学等各行业。本室现在从事的海洋生物活性物质研究、极端微生物适应性机理研究、工业化酶的应用研究、微生物与环境的协同

演变、以及海洋环境微生物修复的技术研究与开发等等需要更进一步地拓宽加深，这些科研课题的深入开展在很大程度上依赖于该仪器的运用。

仪器安装调试完之后，预计每周安排3-4天供本单位各研究课题组使用，1-2天对社会开放，供相关的企事业单位使用。由我方提供仪器操作、使用指导等优质服务。

根据市场调查，该仪器及配套设备的市场价格为30万美元，折合人民币为240万，包括安装调试、技术培训、应用软件等。

在 院士的带领下，我所由 名博士后、 名博士、 名硕士组成的研究团队在多个研究领域都获得了喜人的科研成果。本单位共有4000平方米的实验室，拟安排专门的实验室用于安置该仪器。我室现有生物、化学、电子、机电自动化等专业的高中低各层次的仪器设备专职管理人员5名，分管负责电子显微镜、流式细胞仪、DNA测序仪、深海微生物模拟培养系统、气相色谱-质谱联用仪、高效液相色谱仪等大型先进仪器。这些仪器目前运用充分，保养良好，为本室课题组的研究提供了良好的技术服务。该仪器投入使用后，他们也能够担负起该仪器的使用维护保养的职责，服务于广大的科学研究队伍。

二、促进相关学科和科研的发展

1）海洋微生物资源研究：海洋细菌是海洋生态系统中的重要环节。作为分解者它促进了物质循环；在海洋沉积成岩及海底成油成气

过程中，都起了重要作用。还有一小部分化能自养菌则是深海生物群落中的生产者。海洋细菌可以污损水工构筑物，在特定条件下其代谢产物如氨及硫化氢也可毒化养殖环境，从而造成养殖业的经济损失。但海洋微生物的颉颃作用可以消灭陆源致病菌，它的巨大分解潜能几乎可以净化各种类型的污染，它还可能提供新抗生素以及其他生物资源，因而随着研究技术的进展，海洋微生物日益受到重视。

海洋中微生物的种类可能多达1000万，种群的丰富程度远远超出人类先前的认识，且大部分属于人类未知的品种。近日，来自美国、荷兰和西班牙科学家组成的一个研究小组，利用基因组测序的方法，通过分析从太平洋和大西洋海底不同地点采集到的海水样品后发现，平均每升海水中微生物的种类超过2万个，而早先的研究认为每升海水中微生物品种的数量应该介于1000和3000之间，鉴别、鉴定新的海洋微生物种类成了当今海洋生物研究领域的热门话题。另外，许多新的微生物品种是在海底火山附近的热液口发现的，且各处的品种存在很大的差异。在一些地方很罕见的微生物在另外的地方则极为常见，而且全球气候变化对微生物种群的分布也产生了影响。此研究对于海洋生物进化和海洋演化理论也具有重要的价值。

海洋微生物种类繁多，个体微小且结构简单，如何才能快速有效地对它们进行鉴别分类？目前在海洋生物学研究中，多采用扫描电镜技术与分子生物学技术相结合，扫描电镜解决形态学的问题，在鉴别、分门、分类方面起到独一无二的作用，再结合分子生物学技术，使海洋生物学研究脱离了原来陈旧的研究方式，成为重要的生物学研究领

域之一。

2）海洋生物细胞形态研究：在海洋基础生物学研究领域中，细胞超微形态的研究占据着相当重要的地位，其中包括鱼虾贝类血细胞、动物精子及浮游藻等单细胞形貌的观察和研究。对于这些单细胞生物的研究在免疫学、发育生物学及饵料生物学等领域中也是相当重要的。扫描电子显微镜成为此类生物样品超微形态研究的必要工具。

3）古海洋生物研究：各种生物都生活在特定的环境中，生物的结构和形态能反映不同生活环境的特征。生物的形态结构记录了气候的季节性变化。生物体中的氧同位素含量是可靠的地史温度计，而贝壳化石的蛋白质含量则反映古气候的湿度状况。一些化石的生长线上还储存有生物产卵期和古风暴频率的信息。在研究中必须依靠扫描电子显微镜来完成分类及鉴别工作。

4）海洋鱼类研究：海洋是鱼类的主要栖息地，20世纪50年代以来，人们广泛应用扫描电子显微镜、卫星遥感等高新技术，对海洋鱼类的组织、生理和生态进行了大量研究，出版了一系列鱼类专著，对鱼类的生理、生态和遗传等方面进行了研究开发。

5）海洋生物分类：电子显微镜的高精度分辨率，给研究生物细胞微结构提供了可能。目前使用电镜进行动植物的分类研究已很普遍。如Dodge，Taylor，Hallegraeff，福代康夫等，借助扫描电镜观察甲藻，进行较深入的分类研究。浮游甲藻细胞表面有各种各样花纹和微细结构。由于扫描电子显微镜的焦深是常规的光学显微镜不能达到

的。所以，利用扫描电镜技术，能清晰地显示甲藻花纹和外形不同部位的形态结构，解决了因光学显微镜对甲藻结构分辨率不高，产生分类学混乱等问题。

综上所述，海洋微生物资源研究、海洋生物细胞形态研究和古海洋生物研究等科研领域都与当今国际关注的环境资源、生态平衡、气候变化等研究密切相关，具有重大的学术价值、社会效益和经济效益。这些科研领域的发展均需要借助扫描电子显微镜来实现。扫描电镜高精度高分辨率的特点在此类研究中可以发挥其独特的作用，能够快速有效地解决许多其他科研设备无法解决的问题。

三、国内现有设备的使用状况

目前市场上电镜厂商主要有日本日立（HITACHI）公司、荷兰FEI公司和日本电子（JOEL）公司三家。下面以日本日立公司的产品为例来说明情况。

作为著名国际品牌企业的日立公司，在其涉及的各个领域都取得了令人瞩目的优异成绩，优秀的设计水平、高质量的加工能力和严格的质量管理体系是其一贯风格，所以，该公司生产的电镜一向也以高性能、高稳定性、低故障率和维护简易著称，该产品一直具有较好的口碑。

国际上，世界级研究机构均配备了高端的扫描电子显微镜，大多数选择了日立，如美国国家卫生研究所、美国国家大气研究中心、英国爱丁堡大学生态研究所、日本国立环境研究所、中国国家纳米科学

中心等。国内各大高等院校、研究机构、检验机构甚至企业内，随处可见扫描电子显微镜的身影，应用范围非常广泛，遍布了各个行业和领域，其中日立产品用户最多，清华大学材料学院、北京师范大学分析测试中心、中科院南海海洋研究所、中科院物理所、中科院化学所、中科院理化所、中科院上海微系统所、紫金山天文台、上海NEC、上海英特尔、深圳爱普生等，这些单位和企业借助日立扫描电镜获得了丰硕的研究成果和丰厚的利润。

四、该型仪器设备的创新性、先进性和适用性

扫描电镜主要是利用二次电子成像：由聚光镜和物镜组成的电子光学系统将电子枪发射出的电子聚集成一极细的电子束聚集于样品的表面，按顺序对样品表面进行逐行扫描，然后将样品表面发射出来的二次电子用检出器收集起来，再经视频放大形成图像信息，经显像管显示。

和光学显微镜及透射电镜相比，扫描电镜具有以下特点：一、能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至120mm×80mm×50mm；

二、样品制备过程简单，不用切成薄片；三、样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行观察；四、景深大，图象富有立体感，扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍；五、图象的放大范围广，分辨率也比较高，可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围，分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm；六、电子束对样品的损伤与污染程度较小；七、在观察形貌的

同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。

海洋生物的观察研究对象以不导电的为主，而非导电样品又是一般普通电镜所难以直接观察的，常规方法是进行表面喷涂处理。但是这样往往会掩盖了一些细微的关键形貌，日立高端扫描电子显微镜采用了偏压功能这项新技术从而克服了这个难题。日立产品采用低的加速电压（5kV以下），在获得尽可能多的表面形貌信息的同时，又减少了电子束对样品的破坏。

用电镜观测样品的时候能不能看得清楚看得生动是很体现电镜水平的，现代论文的发表往往不满足于常规的形貌像了，还最好需要形貌像组分像及三维立体像的照片。而这些和BSE(背散射电子检测器)的好次是占主要作用的。日立高端扫描电镜已经由原先的单一检测器、2分割独立检测器发展到5分割的独立检测器了，这样使用者可以从5个方向得到更多更清晰的图像信息。

设备自我保养的可行程度越来越受到重视。电镜中的光栏系统使用一定的时间后会由于电子的轰击受到污染，那时将严重影响到象散的调节，无法得到清晰的图象，此时必须对光栏进行拆洗。日立电镜采用聚光镜光阑长衬管安装方式（专利技术），使得用户在不拆卸镜体的情况下能自行清洗镜筒。有了这项技术后，我们可以不需要请厂家的工程师过来就可以自己对仪器进行保养，一方面节省了大量的维修费，另一方面避免了为等待厂家工程师过来而带来的不便。

除了上述一些方面，我们在考察扫描电镜的时候，一些计算机控制方面的新技术也很重要，如TV扫描模式等独特的功能，图像捕

捉功能，软件的操作界面，最好所有的功能一目了然；另外是否配有方便操作的手动旋钮；仪器上是否有作样导航功能和维护保养的3D指导软件，这些都能为电镜操作者，特别是初学者提供很大的指导和便利。日立高端扫描电子显微镜满足了以上条件，是最佳的选择。

五、现有大型仪器的使用情况、绩效考核结果

现有200万以上的大型仪器设备有JEM1230透射电子显微镜，BD流式细胞仪均以投入正常使用。电镜的使用率为1800小时/年，流式细胞仪为1200小时/年。目前电镜为海洋微生物菌种库提供了细菌的形态观测、病毒形貌观察及计数、免疫化学定位分析，同时为厦大，集大等单位提供植物组织切片，动物组织切片等材料的观察分析。流式细胞仪提供了海洋藻类分类和计数，虾血蓝细胞免疫分析，鱼虹彩病毒抗体研究等实验项目服务。

六、仪器安装条件和技术队伍等配套支撑保障

本仪器的安装要求为无震动、磁场等干扰，有液氮和不间断电源即可。本单位有4000平方米的实验室，拟安排专门的实验室用于安置该仪器。目前本室有220L液氮贮罐2个，液氮常年供应充足。不间断电源可及时配备。我室现有生物、化学、机电自动化等专业的高中低各层次的仪器设备专职管理人员5名，分管负责电子显微镜、流式细胞仪、DNA测序仪、深海微生物模拟培养系统、气相色谱-质谱联用仪、高效液相色谱仪等大型先进仪器。这些仪器目前运用充分，保养良好，为本室课题组的研究提供了良好的技术服务。该仪器投入

使用后，他们也能够担负起该仪器的使用维护保养的职责，服务于广大的科学研究队伍。

七、共建共享共用方案

该仪器的购置费申请国家财政科教经费专项拨款，运行费用及安装调试费用由本单位承担。该仪器由本单位指定专人负责管理及维护。除本研究所自身使用以外，用户还包括厦门大学、集美大学、厦门市出入境检验检疫局、厦门环保局、厦门市水产养殖研究所、厦门海洋环境检测中心、厦门市水质监测站、福建省水产研究所、福建省海洋研究所、福建省亚热带植物研究所、厦门第一医院、中山医院等单位，涉及到生物、材料、环保、化工、食品、卫生、医学等各行业。

八、购置和运行经费的合理性

本仪器价格约为30万美元，折合人民币240万元，此价格为市场行情价。仪器运行只需要液氮和220V电源，费用低廉。易耗品为灯丝和胶带，每年投入折合人民币共约5千元，一般研究课题均能承担此运行费及后期投入费用。

九、项目实施管理

经过充分调查研究，市场上有多家公司的多种型号的扫描电子显微镜，但最能满足我所海洋微生物等研究的是日本日立公司（HITACHI）制造的高端扫描电子显微镜。当然，最终扫描电子显微镜将通过政府采购招标购进。

我所计划由专人管理此项设备，每年定期维护。运行费用低廉，一般研究课题均能承担此运行费。

预计仪器的使用率为1800小时/年以上，预期每年分析2000例样本以上，进行鉴别、分类海洋生物和微生物的工作，获得有价值的海洋生物和微生物种类不少于20项，进行海洋生物细胞超微形态学和病毒学的研究，完成有创新性的研究课题不少于10项。

十、国内外同类型设备的价格比较

具备四偏压功能、5分割背散射电子探测器和聚光镜光阑长衬管安装方式的扫描电子显微镜系统，目前仅有日本日立一家。日立高端扫描电镜是于20xx年推向市场的新型产品，也是目前功能最为丰富的扫描电镜系统。该型设备的价格经调研，一般成交价为30万美元，折合人民币240万元。

国家海洋局第三海洋研究所

海洋生物遗传资源重点实验室

2007.03.22

 

第二篇：扫描电子显微镜的应用

项目二 扫描电子显微镜的应用

I、项目简介

目前扫描电子显微镜的应用几乎渗透到各个领域，而应用最多的是冶金、矿物、半导体材料、生物医学、物理、化学等学科。KYKY-1000B扫描电子显微镜在电子光学、样品室、电子探测和显示系统方面集中了许多现代电镜设计中的优点，操作容易，维护方便。通过对KYKY-1000B扫描电子显微镜的研究，掌握和了解扫描电子显微镜的工作原理，结构及其操作，为学生今后使用这一类型设备打下良好的基础。

[项目对象]

本项目主要面向理、工、农、林各专业。

[项目目的]

1．理解扫描电子显微镜的工作原理及其优点。

2．理解扫描电子显微镜的内部构造。

3．掌握扫描电子显微镜的基本操作。

[项目任务]

1．了解扫描电子显微镜的各个部件的功能。

2．熟练操作扫描电子显微镜，并进行样品扫描观察。

3．使用扫描电子显微镜进行样品照片拍摄。

4、冲洗、放大照片。

[项目成果要求]

对样品进行扫描并冲洗、放大样品的扫描照片。最后总结并撰写项目论文完成该项目（论文含实验成果——扫描照片）。

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II、实验讲义

扫描电子显微镜早在19xx年便已被提出来了。19xx年，英国首先制成一台实验室用的扫描电镜，但由于成像的分辨率很差，照相时间太长，所以实用价值不大。经过各国科学工作者的努力，尤其是随着电子工业技术水平的不断发展，到19xx年开始生产商品扫描电镜。近数十年来，扫描电子显微镜已广泛地应用在冶金、矿物、半导体材料、生物医学、物理、化学等学科的领域中，促进了各有关学科的发展。

一、项目任务

根据KYKY-1000扫描电子显微镜的工作原理扫描样品，观察样品表面并进行拍摄，最后冲洗放大所得扫描照片。

二、实验仪器

KYKY-1000B 型扫描电子显微镜系统，包括镜筒、电子信号的收集与处理系统、电子信号的显示与记录系统、真空系统及电源系统。

三、实验原理

（一）扫描电子显微镜的特点

和光学显微镜及透射电镜相比，扫描电镜具有以下特点：

1、 能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至120mm×80mm×50mm。

2、样品制备过程简单，不用切成薄片。

3、 样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行观察。

4、 景深大，图象富有立体感。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大几十倍。

5、 图象的放大范围广，分辨率也比较高。可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间，可达3nm。

6、 电子束对样品的损伤与污染程度较小。

7、 在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。

（二）扫描电子显微镜的结构

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图一为KYKY-1000B型扫描电子显微镜，它的结构如

下：

1、镜筒

镜筒包括电子枪、聚光镜、物镜及扫描系统。其作用是

产生很细的电子束(直径约几个nm)，并且使该电子束在

样品表面扫描，同时激发出各种信号。

2、电子信号的收集与处理系统

在样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多

种信号，其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸 收电子、俄歇(Auger)电子等。在上述信号中，最主要的是二次电子，它是被入射电子所激

发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几nm至

几十nm的区域，其产生率主要取决于样品的形貌和成分。通常所说的扫描电镜像指的就是

二次电子像，它是研究样品表面形貌的最有用的电子信号。检测二次电子的检测器(图15(2)

的探头是一个闪烁体，当电子打到闪烁体上时，1就在其中产生光，这种光被光导管传送到

光电倍增管，光信号即被转变成电流信号，再经前置放大及视频放大，电流信号转变成电压

信号，最后被送到显像管的栅极。

3、电子信号的显示与记录系统

扫描电镜的图象显示在阴极射线管(显像管)上，并由照相机拍照记录。显像管有两个，一个

用来观察，分辨率较低，是长余辉的管子；另一个用来照相记录，分辨率较高，是短余辉的

管子。

4、真空系统及电源系统

扫描电镜的真空系统由机械泵与油扩散泵组成，其作用是使镜筒内达到 10(4～10(5托的真

空度。电源系统供给各部件所需的特定的电源。

（三）扫描电子显微镜的成象原理

扫描电子显微镜主要用二次电子观察形貌，成像原理如图二所示。在扫描电镜中，电子枪

发射出来的电子束，经三个电磁透镜聚焦后，成直径为几个纳米的电子束。末级透镜上部的

扫描线圈能使电子束在试样表面上做光栅状扫描。试样在电子束作用下，激发出各种信号，

信号的强度取决于试样表面的形貌、受激区域的成分和晶体取向。设在试样附近的探测器把

激发出的电子信号接受下来，经信号处理放大系统后，输送到显象管栅极以调制显象管的亮

度。由于显象管中的电子束和镜筒中的电子束是同步扫描的，显象管上各点的亮度是由试

样图一、KYKY-1000B型扫描电子显微镜

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上各点激发出的电子信号强度来调制的，即由试样表面上任一点所收集来的信号强度与显象管屏上相应点亮度之间是一一对应的。由于二次电子产生的多少与电子束入射角度及样品表面的起伏有关，所以在荧光屏上会得到样品表面形貌的立体图像。例如，样品高处激发出的二次电子可以毫无阻挡地到达检测器，所以信号强、图象亮，低处激发出的二次电子由于受到高处样品的阻挡，信号弱，图象暗。离检测器近的样品激发的二次电子信号强，离的远的样品激发的二次电子途中受到损耗，信号弱。因此，试样各点状态不同，显象管各点相应的亮度也必不同，由此得到的象一定是试样状态的反映。值得强调的是，入射电子束在试样表面上是逐点扫描的，象是逐点记录的，因此试样各点所激发出来的各种信号都可选录出来，并可同时在相邻的几个显象管上显示出来，这给试样综合分析带来极大的方便。

?

四、实验内容

（一）按照以下扫描电子显微镜的操作规程进行开机运作

任选以下一种开机方法进行开机

1、手动开机操作步骤： 图二、扫描电镜成象原理图

（1） 开总电源→开压缩机→开机械泵→开变压器→通水→开电器柜后面的仪器总开关；

（2） 开真空电源（主机控制台），并置自动、手动开关于手动位置（主机背后）；

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（3） 打开V2（on）测量档在FORELNE档，表头指示到兰区；

（4） 开扩散泵D.P(on)，加热30分钟，有液氮冷阱的可加液氮；

（5）

（6） 加热时间到后，关V2,开V3，抽样品室低真空，表头指到兰区（Manifold档）； 再开V4，抽电子枪低真空，表头指到兰区（Manifold挡）；关V3，开V2，开V5，系统进入抽高真空状态。

2、自动开机操作步骤：

（7）

（8）

（9） 开电源（机械泵、压缩机、变压器及仪器总电源）； 开真空电源，并按一下“STAND BY”准备开关，此时红灯亮； 将主机背后真空控制板上的自动、手动开关置于AUTO自动状态，这时只有V2和 D.P（扩散泵电炉加热）开始工作（灯亮）；

（10） 30分钟以后，再按一下“STAND BY”（灯灭），这时V2、D.P、V5、V4全部打开，系统自动进入高真空状态；

（11） 在系统进入抽高真空以后，真空表头开关无论放在“MANIFOLD”档，还是“FORELINE”档，指针都指示在兰区，基本接近到1?

（12） （到头）。如果置高真空位置，表头指示到绿区，指示高真空度。一般观察表头指示到兰区1?左右，即可开始工作；

（二）、进行样品扫描及观察并拍摄样品的扫描照片

1、按下电器柜面板上的电源开关，检查各旋钮位置，

2、拉开镜筒隔离阀V1

3、选择适当的加速电压和放大倍数

4、顺时针调节亮度和对比度旋钮

5、给钨灯丝缓慢加热

6、在饱和点处进行图象扫描、观察扫描图象，调节出最理想、最清晰的图象

7、调节好参数进行样品扫描图象拍摄

8、进入暗房冲洗和放大扫描所得照片

（三）扫描结束后按照以下扫描电子显微镜的操作规程进行关机运作

首先先将电器柜上所有旋钮还原，然后任选以下一种关机方法进行关机

1、手动关机操作步骤：

关V1、V5、V4→关扩散泵，冷却30分钟后，关V2→关真空电源→关机械泵→关压缩

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机→关电器柜总电源→关水；

2、自动关机操作步骤：

关V1，按一下“STAND BY”开关（灯亮），此时V5、V4关闭（只有V2和D.P开着）； 将主机背后真空控制板上的自动、手动开关置于手动，打V2(on)，其余开关都是关（off）, 这时D.P（扩散泵电炉）关，只有V2开着继续抽扩散泵前级的低真空；

30分钟后，将电源都关上，水也关上；

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