【中图分类号】R197.324 【文献标识码】A【文章编号】1004-4949（2012）10-0140-02医学专业是一门实践性很强的学科。实验课在整个教学过程中占着相当大的比重，是不可忽视的重要笺组成部分。医学基础课及临床课的很多课程的实验课都要接触和使用显微镜。因此，如何提高显微镜的使用效能，直接影响到实验课的质量，以下将主要阐述职业学校显微镜在医学院实验教学中的应用与实践。
1显微镜在职业学校医学实验教学中的运用
显微镜技术在医学生物学技术不断发展、更新的今天，显微镜技术作为形态学研究的一种手段，仍有其不可替代的优越性。电子显微镜技术是进行超微结构研究的重要手段，而它的实践性和应用性很强，所做实验的方法和步骤大多也都很复杂，为了确保学生顺利完成实验并取得较好结果，实验前的准备工作至关重要。首先实验技术人员必须提高自己的知识水平，不断学习，钻研专业技能。上课前要熟悉每个实验的目的、要求、试剂配制、压具的准备、提前预试，以掌握实验的全过程和预计可能出现的问题。
2当前职业学校医学实验教学中显微镜使用问题
2.1不了解显微镜的结构在职业学校医学实验教学中，通过对几个年级学生的书面问卷调查，发现很多学生对显微镜结构知道得不是很全面，如调焦系统的粗动调焦（以下称粗调）与微动调焦（以下称微调），反光镜、聚光器及光圈等。不熟悉显微镜的结构，学生便很难正确和规范地使用显微镜，更谈不上把握使用要领和使用能力的提高，使相关的形态学实验教学很被动。针对这一问题，在教学计划中专门安排具体的实验课，详细讲解显微镜的结构及其作用，同时充分利用课余时间让学生熟悉显微镜的结构，把显微镜的使用作为技能考核内容，同时也把显微镜的一些重要结构及其作用的内容在理论考试中体现出来。通过观察、练习和不断强化，学生能较快地熟悉显微镜的结构特征，并能准确地说出其相应部件的作用，为正确、规范使用显微镜奠定了坚实的基础。
2.2学生在转换物镜时不注意调节光线：不同倍数的物镜在同样的光线下通过通光孔时。视野中的光线强弱会不同。高倍镜转低倍镜时，视野光线变强；低倍镜转高倍镜时，光线又变弱。因此，在转换物镜时要及时调节光线，才能观察到良好的物像。在实验教学中，教师要详细讲解和规范示教，更应让学生对比光线的变化对物像观察的影响。通过对比，印象鲜明、深刻、持久，真正起到事半功倍的效果。
2.3不熟悉粗调与微调的作用方向，盲目调节：显微镜焦距的调节需要通过粗调或微调来实现。粗调与微调的作用方向是一致的，只是调节的幅度大小不同而已。它们的作用方向是使物镜头与标本分离、靠拢。熟悉和掌握粗调和微调的两种作用的方向，对于观察标本时显微镜的调焦非常有用，特别是物镜头转换（如高倍镜转换到低倍镜、低倍镜直接转换到油镜头等）后，如何快速、简便、准确地调节焦距获得清晰的物象，尤其重要。在实验教学中，对显微镜的使用方法，教师应充分利用教学资源进行分析讲解。通过示范操作，使学生了解粗调和微调的两种作用方向；通过分组指导，使用教学标本（如血涂片），让学生实际操作，使学生熟悉并掌握粗调和微调的作用方向5学生通过反复调节、细心体会，使用显微镜的能力有了长足的进步，很快便能准确地完成焦距调节。
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）45-0076-02
伴随光学显微镜技术的飞速发展，显微技术也在相应的不断进步。经过有关光学系统及信息处理能够使显微镜的分辨率大幅提高，用于生物样品三维信息的获取、记录、处理和显示的显微镜成像系统也得到了很大发展。在显微镜成像过程中，其所获取的每一幅图像都包含了焦平面和焦平面外的光信息，焦平面外的信息对所成图像造成了很大的模糊干扰，因而使得图像清晰度降低甚至无法识别。为了去除这些离焦光信息，人们尝试了许多解决办法。激光扫描共焦技术在荧光显微成像的基础上克服了离焦平面信息的干扰，从而得到了清晰地聚焦平面的图像。但是其缺点也是很显然的：其价格昂贵不利于技术的普及;不能得到样品完整、真彩的图像;由于需作二维逐点扫描，其成像速度受到限制，不能对样品实施快速动态成像。宽场显微镜是一套传统的显微镜，其价格便宜，可广泛用于各种行业实现对样品的快速观测，为了实现对样品的三维观察，首先需要对样品进行光学切片，在基于宽场显微技术的基础上经过对显微镜的改进，可采用各种方法实现宽场显微镜的光学切片成像。随着对微观世界更深入的研究，人们希望进一步提高光切片质量和切片的速度等。本文将介绍几种基于宽场显微技术的快速三维成像技术。
一、非干测量的宽场光切片技术
细胞膜的活动在细胞的力学中扮演着重要的角色，因此观测细胞膜的三维结构是非常重要的。一般我们使用相衬和荧光显微镜技术去观察它的活动，然而这种光学观察只能提供细胞边界的信息，很难去了解细胞表面的拓扑结构。为了清楚实时地观察到生物样品的三维结构，这种仪器应该满足分辨率高、成像速度快、视野大等多种要求。在基于宽场显微光切片的技术基础上，可以采用一种新的光学技术――非干涉测量的宽场显微镜光学轮廓测量技术来实现这一要求。这一技术不需后期的扫描机制即可得到三维图像，系统中探针是浸入水的物镜，它的工作距离在毫米范围内。图1显示的是实验装置，该装置采用传统的光学显微镜作为主要的设备，使用一个功率固定的钨卤素灯作为光源，它的功率波动范围为小于1%，带通滤波片的波长范围为350～610纳米。这套系统使用栅格图案在空间相位0，2π/3，4π/3获得三幅图像，然后使用零查探测原理去删除这个栅格图案获得光学剖面图像，通过对图像的后期处理即可呈现样品的3D结构。
二、基于Z轴自动控制宽场光切片技术
在对细胞或者微小的样品进行观察时，显微镜是必不可少的工具，但是一般的显微镜包括宽场显微镜只能观察他们的二维图像，为了得到三维的图像，需要在显微镜的z轴方向上进行光学切片，得到不同焦平面的图像，然后利用计算机技术实现三维重构。为了在宽场显微镜中得到Z轴上不同的焦平面信息，需要对轴进行微调，Z轴方向每上升或者下降一定的距离获取一副图像。传统的方法是用手动的方式去调节Z轴的旋钮，达到Z轴上升或下降的目的。这种方式使得得到的断层扫描图像难以获得足够的精度和足够薄的切层厚度，而且各个断层图像的层厚变得不均匀，这样将在很大程度上影响图像的三维重构效果，同时在进行断层扫面时图像的拍摄时通过手动的方式控制拍摄，这样拍摄一副断层图像需时过长，在荧光样品拍摄前往往已经暴露在激发光的强光之下，这样大大增加了样品被强光漂白导致损伤的危险。因此，一种采用全自动宽场显微光切片的技术将具有重要意义。
这种技术能通过计算机控制显微镜物镜Z轴作精确的微动，来对样品进行逐层扫描成像，其精度可达到纳米级，同时它还能控制摄像系统对每层断层图像进行自动的摄取与存储，不需人工干预。因此，在光路中加装一套激发光快门开合系统，通过计算机同步控制快门开合系统和自动数码成像（或视频图像）拍摄系统，这些装置的增加对宽场显微光切片技术有着非常重要的意义。这样的一套系统可广泛应用于各种医学和生物研究领域，特别是需要观察三维断层的相关领域如生物医学成像与生物医学材料的领域，具有非常重要的实用价值。
三、变形光栅光切片技术
要想得到物体不同层的图像，传统的方法是移动透镜或者相机，但是在一些应用中物体或者成像条件是快速变化的，需要设备能在相同条件下同时捕获多个层的图像。其中一种方法是采用分束器，将一束光分成几束，然后使用多个相机来获得图像，通过移动相机来达到获取不同焦平面图像的目的。但是这种方法会导致复杂的光学系统并且需要多个同步相机。一种使用特别设计的变形光栅能被当作分束器使用，在单图像平面同时记录多个物体不同焦平面的信息，这将只需要一个简单的光学系统便可实现同时获取不同层面的图像，大大降低了成本。使用变形光栅同时得到多个物层面图像的方法原理在于，变形光栅是一个二元位相光栅。其暗区域能增加光学厚度，它在非零衍射序列具有聚焦的功能。特别设计的光栅在每一个变形序列上具有不同焦长的透镜的作用，在图像视野产生假的三维图像。光栅焦长和图像面的分离是通过设计光栅结合物体放大倍数实现的。该技术的基础是变形的衍射光栅，它的光栅线由一个半径为二次方程的光栅线构成。它产生的光栅线是圆弧并且它的中心是偏离透镜轴中心的，如图2所示，变形光栅扮演一套透镜的功能，它能修改每一个衍射序列（+1，0，-1）的焦长，这导致三个物面在同一个探测器面上呈现。当光束进入系统时，零序列衍射产生一幅激光束焦斑图像，+1和-1序列提供光束焦平面后和焦平面前两个层面的图像。因此，利用这种技术可在不需要任何扫描特别是纵向扫描，可实现对样品多层面同时一次成像。但是缺点是一次只能进行三层成像，需要更多层数成像需要加装Z轴扫描装置。
四、基于变焦透镜的宽场显微光切片技术
这种技术原理类似于前面介绍的基于Z轴自动控制宽场光切片技术，将Z轴的机械控制装置用可变焦的透镜来代替。通过改造宽场显微镜可实现这一功能，如图4所示。在该设备中，需要自制一模块，该模块包含一些透镜和可电控的变焦透镜放置在靠近物镜的地方和成像端口想连接，同时为了在目镜中能观察到清晰的图像许在目镜端口加装一相同变焦透镜。这一装置进行光学切片的原理相对比较简单，通过计算机或者其他装置控制变焦透镜的驱动装置，改变电流，透镜的焦距会随着电流大小发生变化，焦距变化后可得到样品不同层的光学信息，完成光学切片的功能。通过实现计算机控制，可实现快速自动宽场显微镜光学切片技术。另外为了让显微镜的改造变得更加简单，可以在显微镜的成像接口处加装一套带有变焦透镜的中继成像装置。这一技术在原理上并不复杂，结构简单，不需要加装机械扫描装置，减少了使用机械装置进行扫描时带来的震动，同时通过精密电流控制可使得描层厚均匀，但是扫描需要时间比较长，为实现实时快速的扫描带来了挑战。
五、小结
上面介绍的快速宽场显微镜光切片技术各有优缺点，他们大多数需要对Z轴进行扫描，不仅影响了扫描速度，而且使用高精密的控制设备成本也比较高，扫描层厚也不均匀，针对这些缺点，我们可以在宽场显微镜的基本框架结构上，结合多种宽场光切片技术实现实时观察样品，另外发展一套新的快速实时宽场显微光切片技术。例如在显微镜的成像接口处加装一套变形光栅系统和变焦透镜，可以在改变一次变焦的同时获得三层切片图像，可大大缩短切片的时间，降低样品长时间暴露在强光下导致的光损伤，它能快速的进行实时光学切片。这样的一个系统预期可广泛应用于各种需要进行实时三维断层观测的领域如生物医学，生物材料等领域，具有非常重要的实用价值。
参考文献：
中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-00
1 引言
大型工具显微镜是工厂、科学研究机关及高等院校的计量部门或车间检查站广泛使用的一种多用途计量仪器。螺纹相关参数经常在大型工具显微镜上面测量。《互换性与技术测量》是机械类本科专业高年级开设的一门重要专业课，该课程中实验占了较大比重；其中，螺纹测量就是一项非常重要的实验。然而在现有实验室中，还存在着大量的旧设备。上述设备性能尚完好，短时间内还可以继续使用。但是，单纯使用这些旧设备进行实验操作，效率相对较低，不利于学生学习课程内容、掌握新知识，影响效率。而随着现代计算机技术、光机电技术的发展，设备升级换代速度加快。纯粹购置新型设备固然可以，但是投资过大，且对本科教学意义不是很大。因此，在测量及教学过程中，我们应合理使用相关设备，并在其基础上进行简单改造，使其更便于操作，提高效率。本文以大型工具显微镜测量为例，采用现代光机电一体化手段对该设备进行改造。经过改造后的设备，便于现场使用，可提高测量效率[1-3]。
2. 大型工具显微镜
大型工具显微镜是一种多用途计量仪器，可以做以下多项测定：？（1） 测量长度，？（2） 测量角度，？（3） 测量螺纹，？（4） 检定形状，（5） 使用光学定位器测量内孔和各种槽的宽度；？（6） 使用双像目镜测量两孔间中心距离等；？（7） 使用圆弧轮廓目镜测量圆弧尺寸。大型工具显微镜的外形如图1所示。
图1 大型工具显微镜
如图1所示，在大型工具显微镜上，1是目镜，2是读数显微镜，3是物镜，4是玻璃载物台，5是横向手轮，6是圆工作台手轮，7是纵向手轮。仪器的基本原理是利用光线透射后反射，照亮被测工件的外形轮廓；该轮廓经显微镜的物镜放大，成像在目镜米字线分划板上。该测量方式属于非接触测量。在大型工具显微镜上，可通过转动手轮5和7使得工作台4在两个X、Y互相垂直的方向上移动。针对某些测量对象，为了扩大仪器测量范围，可以在测微鼓端头与工作台之间可放入量块。放入量块之后，纵向测量范围可增大至0-150 mm ，横向则可增至0-50 mm 。通过旋转手轮6，可使圆工作台在水平面内旋转，转动的角度则可由工作台的圆周刻度及游标读出。同时，显微镜上附有可更换的目镜头，图1所示目镜1放大10倍。另外，物镜3的放大倍数有1、1.5、3和5倍四种，因此总放大倍数为10、15、30和50倍[4-5]。
3. 图像采集方法
在传统的测量过程中，基本是采用手动来操作大型工具显微镜。首先通过目镜观察被测物件影像，通过转动工作台的手轮使仪器对准被测对象，然后在手轮上及读数显微镜中读取并记录数据，进行数据处理。由于采用手工操作，目视读数，实验误差较难控制。同时经过长时间的实验，易引起视觉疲劳，在发生狭小的目镜里面经常发生找不到测量线，从而导致测量无法继续下去。
针对上述问题，将现代的光机电一体化技术应用于传统大型工具显微镜，采用图像采集系统将目镜及读数显微镜的图像采集出来，并在终端显示。图像采集部分流程如图2所示。通过工业摄像头将目镜及读数显微镜的图像进行采集，然后通过视频转换器送至终端显示。其中，若采用图像采集卡做为中间转换装置，则需要电脑主机及采集卡进行视频采集。如果使用视频转换器，则可以直接将图像输入终端进行显示。通过观察放大了的图像，便于实验人员观察及测量。
图2 图像采集流程图
4. 结论
由于传统大型工具显微镜相对陈旧，使得测量过程相对复杂，不便于演示和测量。为提高测量效率，以大型工具显微镜测量为例，给出其图像采集方法。使用经改造的设备进行测量，可提高测量效率。
参考文献
[1]景晖 等，基于光机电一体化技术的螺纹测量实验教学改革[J]. 桂林电子科技大学学报，V29，N4，2009，341-343
[2]李柱 等，互换性与测量技术[M]. 高等教育出版社，2005
0 前言
金相学所研究的是合金组织和金属的一门科学，它所应用的是通过金属显微镜来观察并且以此来研究金属组织的内部和性能二者之间的关系，从冶金领域来追溯，应用金相学早在十六世纪就开始了，早在十九世纪六七十年代就已经有利用金相显微镜来系统的对钢铁的组织进行研究。在十九世纪之后，显微镜取得了快速的发展，它的功能和作用也越来越多。在1909年出现了高温金相的应用，在1924年出现了偏光的应用，在1934年产生了低温金相装置，在1948年产生了多光束干涉仪，随后的两年相衬的应用和偏光干涉显微镜的出现等一系列显著的和突飞猛进的成果，这也使得金相实验的技术得到了广泛的研究和使用。本文对金相实验技术所涵盖的内容和原理进行了简单的概述，对金相实验技术在金属材料研究中的应用做了分析和探讨，希望能够向有关材料的研究人员提供有益的参考。
1 传统的金相实验技术现状分析
“金相”一词含有金属的相貌和金属的相片的含义。金相是金相学的同源词，现如今金相学是一个比较复杂的主题，它由不同的学科知识所组成，随着科学技术的发展和进步在不同的发展阶段包含着不同学科的知识。从广义上来说，金相学所主要包括的内容有：研究金属及其合金的组成部分、物性和金体结构二者之间的关系，显微组织、宏观组织和电子显微镜金相研究的一门科学。传统的研究方法主要有三个方面：一是制备金相试样，二是金相显微镜，三是摄影技术。
金相实验技术的优点突出表现在这样几个方面：一是，设备简单便捷，二是，内容丰富，三是，使用方法实用等等。正是因为如此，现如今在研究金属中所使用的最基本的方法中，金相实验技术仍然被广泛利用。近些年来，电子显微镜、扫描电镜、X射线衍射、电子探针以及图像分析仪等许多先进的实验工具的出现，使得人们对金相实验技术有所忽视。在他们看来，采用新的实验工具和实验方法才能够更好的解决问题，但是在实际运用上却并不尽然。
2 金相宏观实验技术及发展趋势
金相实验技术有两大类：一是，宏观金相实验技术；二是，微观金相实验技术。宏观金相实验技术也称为低倍实验技术，主要包括断口检验，硫印实验和酸蚀实验等等。微观金相实验技术也称作高倍实验技术，主要有非金属夹杂物分析，显微组织分析以及相分析和高低温金相等。 宏观实验技术指的是用肉眼或者是二十倍以下的低倍放大镜以此来分析金属材料以及其制品的宏观方面的组织以及缺陷。通过这种技术，能够很好的了解所实验的金属在熔炼或者是在加工中的质量。宏观分析具有方法简便和设备简单容易操作的优点。但是受到检查面积大因素的影响，所以能够比较全面的对材质的情况进行反映。
2.1 硫印试验方法
硫印试验方法在检验金属中的硫元素中是一种宏观的试验法。硫它在钢中是以硫化物这样的形式存在的，能够用宏观试验和微观试验两种方法来检查。由于硫印法检验的面积大，这种方法能够反映处在整个钢材截面上硫的分布情况。因此，在一些含硫量比较高的钢材上，该方法也不失为一种简单实用的试验方法。硫印法它的基本原理是通过硫化物和稀硫酸二者的反应作用，产生硫化氢气体。该气体和照相纸上的物质（卤化银）进行反应，从而能够产生硫化银沉淀物，这样能够在相纸上留下痕迹，该痕迹呈深棕色。该方法它的主要操作步骤有三：首先是将被检测的钢材面进行磨光处理。其次，在暗室内将硫酸水溶液内的相纸药面贴在试验的表面上。最后，经过数十分钟的反应后，在将相纸取下，通过水洗定影后再水洗，这个过程后再经过烘干就可以了。
2.2 酸蚀试验方法
酸蚀试验方法主要有这样几种：电介酸蚀法，冷酸浸蚀法，热酸浸蚀法，以及塔形车削检验方法等等。利用酸液来对金属材料的各个组成部分的显示腐蚀程度的金属的低倍组织和缺陷。制备步骤是：首先，将需要检验的材料表面进行磨光处理，其次在热酸中经过一定时间的腐蚀。最后把腐蚀面清洗干净并保持干燥。使用这种方法的目的主要是来检查是否存在以下四个方面的内容。一是，热处理过程中所形成的渗碳、脱碳以及硬化层等等。二是，铸态结晶组织的分布情况。比如说柱晶带、细晶带等等轴晶带的分布情况，以及晶粒的大小、形状和定向结晶的情况等等。三是，在进行压力加工时所形成的流线以及晶粒的大小是否均匀，是否出现折叠和裂纹等等情况。四是铸件凝固时所形成的气泡、缩孔、偏析、白点、夹杂物、轴心裂纹和翻皮以及焊接中是否存在缺陷和发纹等等。
3 金相微观实验技术及发展趋势
微观实验技术借助的是小于3200倍的放大倍数较高的金相显微镜，以此来观察金属存在的缺陷和金属组织的结构。一般来说，金属材料的性质是由所存在的组织来决定的。观察金属材料的组织，是金相显微镜在研究方面所发挥的突出的作用。在今后很长一段时间它仍然是金属实验室中经常采用的一种工具和方法。
3.1 金相显微镜
显微镜是由物镜、目镜以及与光源相关联的一些辅助系统来组成的。物体是通过目镜和物镜的双重放大所得到的较高倍数的放大影像。人们在分析中将样品进行抛光处理和侵蚀之后，把它放在金相显微镜下进行观察，可以呈现金属在不同状态下的显微组织，经过显微镜的观察能够了解在这些不同状态下金属组织的形貌，以此能够更好的对金属与合金进行摸索，总结出相变规律，通过找寻各种缺陷的根源从而能够判断出造成金属构建损坏的原因所在，以此能够选择更为合适的加工艺和热处理技术。此外，还可以根据所选的不同的照明方式来提高所呈影像的立体感。
3.2 偏光显微镜
偏光显微镜是通过检偏器和起偏器二者的配合来进行工作的。将起偏器放在光源后和物镜前，能够把光的震动限制在与光的传播方向相垂直的平面的某一方向上就可以获得偏振光。把检偏器放在样品的反射光之后，通过二者的相对转动，二者的震动面就可以转到相互垂直的位置上。非金属夹杂物和金属材料按照光学的性能划分为两类：一是，各向同性；二是，各向异性。
3.3 显微硬度
在研究领域中显微硬度已经成为了研究金属学所不可缺少的工具。尤其是在对金属金热处理进行研究和表面处理进行研究上都得到了比较广泛的应用。显微硬度对化学成分分布不均匀的相距有很高的鉴别能力，显微硬度对扩散层性能进行研究时是一个广泛采用的比较好的方法。
一教学体系的构建和优化
生物医学光电检测是应目前学校教学改革的需求，结合现今生物学、医学及光学等多门学科交叉融合发展的现状，而面向大学本科三年级学生开设的专业课程。该门课程涉及的内容相当广泛：综合了一般医学与生物学的检测技术——光学显微技术、电子显微技术、X射线影像检测技术、超声检测技术、核磁检测技术和太赫兹检测技术等；所呈现的内容新，处于自然科学研究领域的前沿：涵盖了包括近代物理学、化学、数学、生物学、医学和生物化学领域等的多项研究成果和最新进展；相关的参考资料如专业书籍、杂志和相关文章数量众多，内容丰富；与多种检测技术相关的检测仪器种类多，发展迅速，相应的教学内容具有一定的工程化技术化的特点；相比本系开设的其他专业课程如《波动光学》、《激光原理》、《信息光学》和《光通信技术》等，该门课程的开设时间较短。因此如何根据本门课程的特点，合理有效地开展教学工作，达到开阔学生的视野，加强学生对基本原理、概念的认知能力，提高学生对相关问题的思考能力和理解能力，培养学生工程化能力、多学科综合能力和创新思维能力的目的，就成为了本门课程的教学目标和重中之重。为此，笔者根据拟定的教学大纲和教学内容，进行了教学体系的构建和优化，内容包括教材的选取、教学内容的调整、教案的准备和教学要求的制定等。笔者首先进行了教材的筛选。在众多教材和参考书中，笔者选取了2014年清华大学出版社出版的，由黄国亮等主编的《生物医学检测技术与临床检验》[1](清华大学985名优教材)一书作为教材，另考虑到近年来激光技术与生物学技术的紧密结合，将1995年由湖南科学技术出版社出版的，由向洋编写的《激光生物学》[2]和2010年由中国农业科学技术出版社出版的，由段智英等编写的《激光生物学效应研究》[3]两本书中的部分章节选入作为补充教材。之后在教材内容的选取上，以生物医学检测技术和激光生物学技术为两大板块，进行了教学内容的调整和取舍：生物医学检测技术的主要教学内容包括多种成像检测技术和光谱检测技术；激光生物学技术的主要教学内容包括了激光工作原理及特性、激光生物学作用原理和激光的安全防护等。以这些内容为教学重点，做到教学体系的完整性和合理性。在此基础上，结合教材内容和相关的参考资料[4-13]准备手写教案，并同时进行多媒体教学课件的准备，完成教学前的准备工作。值得一提的是，在准备多媒体课件的过程中，笔者在网上搜集了大量的与该课程有关的图片、视频和PPT等，并对这些资料进行了分析、整理和整合，融入到自己所制作的课件中，力争做到课件信息量大、形象直观，让学生记忆深刻。在教学过程中，举出丰富的事例对学生进行知识点的讲解，并遵循知识点随机提问，进行课堂讨论，增加与学生的互动；向学生提出合理的学习要求：上课之前预习教材内相关章节内容，课堂记笔记，课后复习；积极思考课堂提问，认真完成课堂作业、课后作业，学有余力且对相关知识感兴趣的学生可参考笔者提供的参考资料收集相关内容进行学习。另外参考国外的教学方式，为了让学生了解平时学习的重要性，相应设计出了多元化的考查方式，将平时成绩在总成绩中所占的比例提高到了50%，平时成绩为上课点名、课堂提问、课堂测验和平时作业等成绩的加权平均，而期末考试成绩只占总成绩的50%，这从另外一方面也减轻了学生的考试压力，有助于增强学生学习的兴趣，提高学生学习的能动性。除此而外，笔者在课后收集学生对每堂课的教学反馈意见，实时调整教学中的部分内容，根据学生感兴趣的内容，查阅该领域该部分内容的最新进展，增加相应的教学量，提高教学质量，优化教学体系。总之，教学体系的构建和优化涵盖了教学活动中的所有环节，对于有效开展课堂教学非常重要。
二教学内容的选择和系统化
在教学体系的构建和优化中，教学内容的选择、教学内容的系统化是一个非常重要的部分。该门课程的内容广泛，参考资料丰富，如何有侧重地选取教学内容，保证教学内容的系统化有一定的难度，因此笔者在备课和教学的过程中，对该门课程的教学内容进行了精心的选择和安排，力争做到以教材为蓝本，突出教学重点，注重基本概念和基本原理的理解，注重光、机、电、软件的结合，注重检测技术和仪器运用的结合，注重工程化与技术化的结合，注重理论和实践的结合，实现教学内容完整性和系统性的统一。以显微技术一章为例，自从1665年胡克发表了用显微镜观察软木塞组织的微观结构以后，显微镜就与生物医学观察和检测密不可分了。以光学显微技术为代表的显微技术成为了生物医学光电检测技术的基础与核心内容，之后产生和应用的检测技术如电子显微技术，虽然在技术手段和方案上有所创新，但依然在重复利用或借鉴显微技术的基本原理和基本思想，因此笔者以显微技术为基础和切入点，向学生展示相关检测技术的原理。而在阐述显微镜的成像原理时，又着重介绍了显微镜性能评价参数如视角放大率、分辨率、有效放大率、光束限制和线视场，并从光学知识出发，分别对这几个参数进行了理论推导；通过数学推导让学生理解和掌握有关显微镜的基本问题，如为何高倍物镜比低倍物镜能观察到的物面范围要小；显微镜的分辨率与波长，与数值孔径有何关系；为何数值孔径要与放大倍率合理匹配，才能充分发挥显微镜的分辨能力等。对这些问题的理解都有助于学生今后正确地选取和使用显微镜，也有助于引导学生思考实验仪器的选择和其性能的关系，提高他们的分析能力和实践应用能力。在此基础上，笔者介绍了显微镜的制片技术和使用；之后，笔者对多种显微镜如荧光显微镜、暗视野显微镜、激光扫描共焦显微镜、相衬显微镜、金相显微镜、偏光显微镜、倒置显微镜及新型显微镜的原理进行了描述，并与普通显微镜原理的异同进行了比较。对于显微技术的发展历史、国内外主要显微镜生产厂家介绍等趣味性强和难度较低的内容则不作教学要求，留给学生自学，给予他们一定的空间开拓视野。这样的内容安排使学生轻松容易地掌握相关的知识，且对仪器的使用产生浓厚的兴趣，达到较好的教学效果。而后面章节的内容也正是基于同样的思路进行选择和安排的。正是由于对教学重点和难点的选择和合理安排，让笔者做到了课程内容的完整性和统一性，为之后教学方法的实施和教学手段的运用作了铺垫。
三教学方法的实施和教学手段的运用
尿常规及尿沉渣的检测在临床上非常重要,是肾脏疾病及泌尿系统疾病的诊断中主要的检查方法,对泌尿系统疾病的诊断、定位、鉴别、疗效观察和预后诊断提供依据[1]。随着医学检验技术的发展,及临床上对尿沉渣分析标准化的要求越来越高,随着尿沉渣自动分析技术逐渐完善全自动尿沉渣分析仪的定量分析在临床检验中的应用越来越广泛。为了进一步探讨全自动尿沉渣分析准确性,笔者对全自动尿沉渣分析与光学显微镜检测比较分析,汇报如下。
1 材料和方法
1.1 标本采集 尿样随机取自本院2009年3~4月门诊和住院送验晨尿为检查标本1010份,男600例,女410例,年龄6个月~86岁,平均年龄64.5岁。所有标本均于采样后2 h内完成进行UF2100全自动尿沉渣分析仪及光学显微镜检测。
1.2 仪器与试剂 仪器采用日本syemex公生产的UF-100全自动尿沉渣分析仪,Olympus光学显微镜。8022离心机,刻度离心管,中国桂林华通MA24280KB 尿干化学分析仪。试剂采用配套原装试剂、原装试纸。
1.3 检测方法 所有操作技术人员均经严格技术培训,按统一方案进行评价;镜检均由有经验中、高级技师2 名进行镜检。实验前,将尿沉渣分析仪和尿干化学分析仪进行校正,并且在质控通过后按仪器说明书操作。用收集到患者洁净中段尿晨尿,经充分混合后分为2管。第1管用UF2100自动吸样并检测其有形成分。第2管约10 ml,首先用MA24280KB 进行干化学测试,分别测定:葡萄糖、尿胆原、胆红素、p H、密度、亚硝酸盐、隐血、蛋白质、白细胞、酮体、维生素C 共11 项。对尿液应用离心机进行1 500 r/ min 离心5 min,弃去上清液留底部约0.2 ml,混匀沉淀涂片镜检。红细胞和白细胞在高倍镜下观察20 个视野,报告其平均数。管型在低倍镜下观察10 个视野,报告其平均数。以上操作均由同一人在2 h 内完成。
1.4 尿液检验正常参考范值[2] 显微镜镜检: RBC 0～3/ 高倍镜视野( HP),WBC 0～5/ HP,超过此范围即判为阳性。UF-100尿沉渣分析仪检测: 男性:红细胞(RBC) 0～12/μl,白细胞(WBC) 0～12/μl ;女性:RBC 0～24/μl,WBC 0～26/μl ; 超过此范围即判为阳性
2 结果
表1
UF2100 与显微镜镜检比较
UF-100显微镜镜检
阳性 (符合率%)阴性(符合率%)
阳性585469(80.17)116 (19.82)
阴性42524(5.64)401 (94.35)
3 讨论
UF-100 全自动尿沉渣分析仪是目前临床上比较先进的尿沉渣分析系统[3]。是利用流式细胞技术和电阻抗技术和荧光染色技术,通过对尿沉渣直接作荧光色素染色之后,测定其产生的前向散射光脉冲和荧光脉冲的强度、持续时间的长短以及电阻抗的大小来区分各个有形成分,对尿液中有形成分进行精确计数[4],定量报告红细胞、白细胞、上皮细胞、管型、细菌和结晶等有形成分。
而普通的光学显微镜检测在标准操作规程下能够有效的去除人为的操作误差,临床检测的结果误差小,可以有效的避免出现假阳性[5]。但光学显微镜检测受到临床上取样量、镜检液体厚度、镜检视野数及其他人为因素影响较大,可以出现假阴性,检查效率低下。
通过本组尿液检测比较,UF-100阳性585例,显微镜镜检阳性469例,符合率80.17%;UF-100阴性425例,显微镜镜检阴性401例,符合率94.35%。观察UF-100检测阳性率较高,与显微镜镜检阳性符合率80.17%。我们总结UF-100有较高的临床检测灵敏度可以进行检查初筛,对UF-100阳性标本进行显微镜进一步诊断。可以有效的减轻大量繁重手工操作,适合大量多标本检测。
总之。UF-100全自动尿沉渣分析仪测定具有操作简单,快速筛选,及时报告,能提供红细胞、白细胞、管型、细菌、结晶的定量检测数据,红细胞来源的信息[6],提供尿液标准化检测的质控数据和文件,检测的精确性和重复性好而且快等特点。
参 考 文 献
[1] 丛玉隆,马骏龙.当代尿液分析与临床.中国科学技术出版社,1998:88-89.
[2] 文玲.尿液自动分析.尿沉渣及尿常规镜检对尿中有形成分的对比分析.中国现代医学志,2002,12(10):49.
[3] 董存岩,唐爱国,莫喜明.UF2100尿沉渣分析仪与相差显微镜在血尿来源鉴别中的应用.实用预防医学,2005,12(4):791-793.
1.1图像成像
从本质上来看，生物医学图像成像技术（下文简称“图像成像技术”）与医学影像技术的区别并不大，仅仅是人们更习惯将其表达为医学影像。生物医学图像成像技术的研究内容为：利用染色方法和光学原理，清晰地表达出机体内的相关信息，并将其转变为可视图像。图像成像技术研究的图像对象有：人体的标本摄影图像、观察手绘图像、断层图像（如ECT、CT、B超、红外线、X光）、脏器内窥镜图像、激光共聚焦显微镜图像、活细胞显微镜图像、荧光显微镜图像、组织细胞学光学显微镜图像、基因芯片、核酸、电泳等显色信息图像、纳米原子力显微镜图像、超微结构的电子显微镜图像等等。
图像成像技术主要包括2个部分：现代数字成像和传统摄影成像。通常可采用扫描仪、内窥镜数码相机、采集卡、数字摄像机等进行数字图像采集；显微图像采集则可应用光学显微镜成像设备及超微结构电子显微镜成像设备；特殊光源采集可应用超声成像仪器、核磁共振成像仪器及X光成像设备。目前，各种医学图像技术的发展都十分迅速，特别是MRI、CT、X线、超声图像等技术。在医学图像成像技术方面，如何提高成像分辨力、成像速度、拓展成像功能，尤其是在生理功能及人体化学成分检测方面，已经引起了相关领域的重视。
1.2图像处理
生物医学图像处理技术，是指应用计算机软硬件对医学图像进行数字化处理后，进行数字图像采集、存储、显示、传输、加工等操作的技术。图像处理是对获取的医学图像进行识别、分析、解释、分割、分类、显示、三维重建等处理，以提取或增强特征信息。目前，医学领域所应用的图像处理技术种类较多，统计学知识、成像技术知识、解剖学知识、临床知识等的图像处理均得到了较快的发展。另外，人工神经网络、模糊处理等技术也引起了图像处理研究领域的广泛重视。
1.3图像分析及图像传输
生物医学图像分析技术，是指测量和标定医学图像中的感兴趣目标，以获取感兴趣目标的客观信息，建立相应的数据描述。通过计算测定的图像数据，可揭示机体功能及形态，推断损伤或疾病的性质及其与其他组织的关系，进而为临床诊断、治疗提供可靠依据。生物医学图像传输技术，是指应用网络技术，在互联网上开展医学图像信息的查询与检索。通过网上传输图像，在异地间进行图像信息交流，可实现远程诊断。同时，在院内通过PACS（数字医学系统—医学影像存档与通信系统），也能在医院内部实现医学图像的网络传递。
0.引言
随着科学技术和信息化的迅猛发展，红外光学系统得到了飞速发展以及广泛的应用。红外光学元件主要包括红外晶体软脆性材料光学元件和玻璃、碳化硅SiC等硬脆性光学元件，由于红外晶体类光学元件在特定运行条件下，晶体内自发的Raman散射光通过表面时会得到放大。因此，晶体作为优质的光学材料，被较广泛地应用于红外光电仪器等非线性光学领域。但由于晶体材料本身具有质软，易潮解，脆性高，对温度变化敏感，易开裂的特点，因此晶体材料的加工周期很长，而且非常难以加工。尤其光学元件被业界公认为是最难加工的，随着对光学性能指标的要求不断提高，传统的光学元件加工方式已无法满足高精度的晶体材料光学元件的加工要求。
而快刀伺服FTS（Fast Tool Servo）加工技术则是通过驱动金刚石刀具产生高频响，小范围的快速精度进刀运动，并配合高精度的主轴回转和径向进给运动，来完成复杂面形零件的精密高效加工。这种加工方法具有高频响，高刚度，高定位精度等特点，可以重复加工出具有复杂形状的各种异形元件，一次加工即可获得较高的尺寸精度，形状精度和极佳的表面粗糙度，从而能够实现复杂光学面形的高效高精度加工。
1.技术特点
目前，准分子激光加工微投透镜的方法主要是准分子与激光与动态二元掩模法相结合（二元掩模法是指通过使用二元掩模制造微透镜的方法。其主要加工特点为：（1）制造过程简单，（2）制造速度快，（3）制造成本低。但由于自身的特点，所以其本身也有加工上的缺点：制造出的微透镜为非球面微透镜。
而相对来说，使用了单点金刚车的快刀伺服技术由于与有色金属亲和力好，其硬度、耐磨性以及导热性都非常优越，且刀具刃口极为锋利，刃口半径为0.5～0.01μm，同时可适用于加工非金属材料。相对而言，使用了单点金刚车的快刀伺服技术生产效率更高，加工精度更高，重复性好，适合批量生产，加工成本比传统的加工技术明显降低。而且可实现球面和非球面的精密加工。
本文所探讨的是基于单点金刚石车削的快刀伺服技术在微透镜阵列加工的新型工艺研究。微透镜是最重要的微光学元件之一，其几乎被用于所有的微光学系统。目前对于微透镜的定于较多，没有形成统一的定义。通常所说的微透镜一般指尺寸微小的光学透镜，其孔径范围一般为0.05～5mm。
目前传统加工微透镜主要有以下几种方法：（1）模具法加工微透镜；（2）研磨法加工微透镜；（4）光刻法加工微透镜；（4）掩模法加工微透镜；（5）喷墨法加工微透镜；（6）以及准分子激光加工微透镜。
单点金刚石车削（SPDT）是在计算机控制下采用天然单晶纳米金刚石刀具，在对机床和加工环境进行精确控制的条件下，直接车削加工出符合光学质量要求的非球面光学零件。目前，采用单点金刚石车削技术可以加工的材料有：红外光学晶体（单晶锗，硒化锌，硫化锌，氯化钠，氟化钙晶体等），有色金属，塑料等，上述材料均可以直接达到光学表面质量的要求。此技术还可加工玻璃，钛，钨等材料，但目前还不能直接达到符合质量要求的光学镜面。采用单点金刚石车削技术加工的球面和非球面光学零件在军用和民用光电产品上的应用相当广泛，如摄影镜头和取景器，变焦镜头，电影镜头，光纤通信接头等。
快刀伺服FTS技术可实现各种自由曲面的车削加工，如微棱镜、透镜阵列、环面以及小离轴量的（小于10mm量级）离轴非球面的加工。该方法能够使制造组件的形状精度和表面粗糙度控制在纳米级的范围内。
要实现上述两个关键特征指标参数注定要采用基于快刀伺服工艺的超精密单点金刚钻切削车床技术。快刀伺服加工技术与与传统的超紧密车床加工技术相比，最直观的区别在于刀具切削过程中，刀具的运动轨迹额外附加了一个垂直与端面方向的高频反复运动，此运动精确配合主轴的回转运动坐标位置和被加工工件不同半径设计轮廓来实现切削进给，通过切削车床的C轴、Z轴、X轴和FTS数控高频振荡的4轴的联动来加工复杂微结构。
2.技术路线
通过前期调研和课题探讨，本文在工艺方面的探讨主要两个方向是：（1）表面形貌非旋转对称的微结构阵列。（2）表面形貌成型的精度要求达到光学级。
相关的指标参数为：非球面微透镜阵列间隔为2.5mm；表面粗糙度小于40nmPa；面型小于50nmRMS；位置及高度公差小于1微米结合上述目标以及相关指标参数，考虑到单点金刚石车削SPDT和快刀伺服技术FTS各自技术特点，分析相关情况后，制定了以下的技术路线和工艺方案：
确定参数-计算圆周-刀具定义-确定参数-刀具路径-检测及报告
首先通过系统自带的Diffsys软件对零件进行坐标设定，并对阵列元表面进行定义，确定加工材料所加工微透镜阵列的参数；其次在机床系统软件中对于微透镜阵列上的面型进行不同圆周率的精密计算；接着在软件的计算过程中，对于使用的单点金刚石车刀的几何形状参数进行详细设定，例如：刀尖点半径，刀尖形状，刀尖后角等；然后通过内置软件，计算生成全加工路径的3D模拟视图，计算得出切削速度/加速度；在模拟验证完毕后，通过机床专用的后置处理，生成机床所能运行的快速刀具加工路径的NC代码，传输导入机床后进行安全高效的加工；最后加工完成后，使用先进的白光干涉仪或共焦显微镜对表面进行检测，记录实验数据，输出加工结果的检测报告。
用于本文工艺探讨的实验所使用的最主要装备是：美国阿美泰克Nanoform700Freeform单点金刚钻标准的五轴超精密计算机控制机床系统。所用整个机床的精度控制指标是：车削性能：车削表面粗糙度小于2.5nmRa，车削形状误差小于0.15μmP-V。编程分辨率：0.01纳米（直线）/0.0000001°（回转）
3.微透镜陈列加工与测试
本文利用美国阿美泰克Nanoform700Freeform单点金刚车结合快刀伺服技术进行了多次切削加工实验，均获得了较好的面形精度和表面质量。下面就以所加工微透镜阵列为例，进行分析说明：
透镜阵列采用非旋转对称的微结构阵列，透镜表面为非球面，间隔为2.5mm，规划好走刀路径并选择合适的工艺参数后，进行单点金刚车的快刀伺服加工，实验结果采用白光干涉仪和共焦显微镜对表面进行检测，数据结果如图5、图6所示，透镜的面型精度为RMS41.4nm，表面粗糙度为Pa32.8nm，位置及高度公差为Pt0.28μm，Smn为0.489mrad，均符合本文之前探讨设定的指标参数。
Pmma适用于光学透镜的常用材料，有色金属适用于可见光光学波段。
4.结论
通过相关实验结果表面，在实现复杂微结构工件的精密加工方面，基于单点金刚石车削SPDT的快刀伺服加工技术在加工微透镜阵列方面的测试案例为将来光学零件加工应用方面提供了一个积极的信号和方向。
随着复杂面形光学零件的应用越来越广阔，基于单点金刚车削SPDT的快刀伺服技术的超精密加工技术势必具有非常广阔的发展空间。
【参考文献】
科学家怪蜀黍告诉咱们地球人的肉眼只可以分辨直径大于0.073mm的物体，小于该尺度的事物都属于微观世界，而不属于咱们所能见到所熟知的宏观世界。然而人类向来都是什么做不了就非要做什么的贱骨头(也有一种说法叫知难而进)。人们非要看看神马是看不见的微观世界，看看那个世界是不是也有一种叫做河蟹的动物。但是技术条件限制这座大山一直压在人们身上，致使人们未能得偿所愿。直到13世纪，一个卖眼镜的商人的小盆友无意中发现通过俩眼镜片落在一起，可以使拨拔刚给他的小蛋糕变成大蛋糕之后，人们才开始有机会看到微观的世界。不过那还只是显微镜的雏形而已，顶多也只能算是应付孩纸们好奇心的玩具，真正意义的显微镜还得是那个不甘寂寞的公务员――列文虎克创造的。列文虎克本来是一位市政厅的看门人，天天和现在不少的公务猿一样一天无所事事。某年某月的某一天，列文虎克无聊也想弄个放大镜玩玩，奈何家里不富裕，最终决定自己打磨一个。没想到打磨的效果还灰常不错，越打磨越喜欢，公务员都辞了回家钻研显微镜，最终还打磨出了名堂，做出了当时最高水平的显微镜。从此之后显微镜的放大倍数一个劲儿地往上窜，终于在1500倍左右的时候卡住了。由于人的肉眼对于可见光的感知范围受到了限制，光学显微镜的实际分辨率等于人眼能看到的光的最短波长，因此更加细小的东东，咱们是无法通过光学显微镜看到的。从此之后，光学显微镜一家独大的状况正式结束。
再小一点!
正所谓唯一不变的就是变化本身，有需求才会有发展。既然光学显微镜不能摆平更加细小的东东，那么就需要祭出另一种新的显微镜来搞定这些小东东。于是电子显微镜这棵葱就一个箭步光荣地窜上了历史的戏台子。电子显微镜主要分为透刳电子显微镜和扫描电子显微镜，前者的原理是以电子束透过样品经过聚焦与放大后所产生的物像，投射到荧光屏上或照相底片上进行观察，将显微镜的放大倍数提升到了几万～百万倍，而后者则是电子显微镜中里程碑式的狠角色。
说起扫描电子显微镜，就不能不说说恩斯特・鲁斯卡这个童鞋。鲁斯卡是一名来自德意志那个山头的物理民工，在上世纪30年代开始混迹于慕尼黑工业大学时，心中就时常念叨街边算命大仙告诉他的箴言：出名要趁早。于是他在校期间就开始潜心研究显微镜技术，后来又转校到了柏林工业大学，靠着研究出的《关于电子显微镜的磁性镜头》一文，拿到了博士学位。不久之后，这家伙又趁热打铁捣弄出了样机。这种电子最微镜的原理其实与CRT显像管差不多，同样是发出极细的阴极射线然后通过一段真空层施加电压使其发生偏转，用这条射线对物体表面进行扫描。
当这一束饱含着激情与梦想的高能入射电子轰击被测物质表面时，被“击中”的区域就叮咣飞出来二次电子、俄歇电子、特征×射线和连续谱×射线、背散射电子等一堆杂七杂八的东西，还会在可见光、紫外光、红外光区域产生电磁辐射。这些电子、特征线、电磁辐射再通过特殊的仪器收集汇总。原则上讲，利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等，通过处理后就可以在光栅、底片或者显示器上显现出来。
这样的技术在当时可是灰常超前和NB的，而当时在大学里新型显微镜研究并不受重视，大学也不把这个当做攻坚项目，所以鲁斯卡童鞋很苦逼的既没有试验设备又捞不到研发经费。不过精明的商人不会错过这样的机会，]937年西门子公司主动向鲁斯卡泼出了橄榄油，鲁斯卡抹了抹脸上的橄榄油爽快地答应了于西门子的合作。为了能搞成这个东东，西门子也是下了血本，专门成立了一间研究所让鲁斯卡童鞋尽情地捣鼓。心中信念坚定的鲁斯卡也很给力，两年后就让西门子造出了能够量产的“西门子一超显微镜”。虽然扫描电子显微镜在上世纪30年代之后逐渐成为了电子显微镜的主流，但是这玩意儿类似于CRT显示器的原理造成了它对被观测物要求极高。首先一条就是片要切得薄，否则口感就不好，哦不，否则观测效果就不好，所以现在一般都是使用特定的仪器对待测物先进行十分精细的切割；再者由于仪器是在真空环境下进行观测，被测物还不可以是活物，就算是活物进去也得被秒杀掉。所以用这种电子显微镜观察的东东，不是挂了的，就是切过的。看个生锈的真相还好，可看不了生命的真相。
更小一点
难道就没有对切片要求低一些的显微镜了么?难道就非要破坏一个标本的完整性才能一窥全貌么?答案是否定的，科学民工们从1957年开始对扫描电子显微镜进行改良，终于在1978年试验成功。共聚焦激光扫描显微镜就此诞生。首先为什么切片要做得薄观测效果才好呢?一是薄一些有利于光穿过切片，二是因为如果做厚了就好像一个身材妖娆的MM穿了N件衣服，奈何你火眼金睛电看不出其中玄机。但是自从这个所谓共聚焦激光扫描显微技术诞生之后，从此妈妈再也不用担心我做的切片，想切多厚切多厚，S。easy!看妹子，噢不，看切片标本就不用那么麻烦的了，它与扫描电子显微镜的主要不同在于其光学分层能力，即获得特定深度下焦点内的图像。图像通过逐点采集，以及之后的计算机重构而成，因此它可以重建拓扑结构复杂的物体。简单说，它升级了扫描电子显微镜的数据收集处理部分，因而能区分来自样品不同深度的信息。扫描电子显微镜只能“看”到所有能被光透射到的地方，而对于共聚焦显微镜，只要焦点处能到达的地方的信息都可以被采集。实际上共聚焦激光扫描显微是通过对焦点深度的控制和高度限制来实现的。可以将本来比较厚的材料一层一层地进行仔细、深入的观察，就好比还是刚才那个MM，羽绒服、衬衣神马的一件一件……咳咳，可是一个标本虽然被放大了N倍，但其中还是有区分的，总有一些是你想要的部分，就好比迎面走来一群环肥燕瘦的MM总有一种类型是你要选择的。(喂，你就没有别的例子TA?)怎么样将这些物质区分开呢?这就要用到荧光标记，只要使用对应的荧光剂，它们就亮了。虽然有着强大的优势和后续升级版，但扫描电子显微镜已经到了放大倍数很难再提升的时候，这意味着没有多久这货也要out了。而且和电子显微镜一样，它也是有分辨率瓶颈的，显然新的显微镜即将闪亮登场。
从扫描电子显微镜手里生拉硬拽抢来接力棒的家伙叫做隧道扫描显微镜，这玩意儿是由大婶级公司IBM的苏黎
世实验室搞出来的(话说IBM前些天刚刚过了百天，噢不，是一百周年)。隧道扫描显微镜采用了颠覆性的技术，与扫描电子显微镜最大的不同就是不再是在真空中用阴极射线来对物体进行扫描，如此一来就不必非要观测无生命的物体了，科技以活着为本。隧道扫描显微镜还完全放弃了以前的用眼看、用光扫描的技术，而是用尖端只有一个原子的探子，通过探针上的电子产生的隧道效应，来对物体表面进行扫描。可以理解成用一根特殊的探针在待测物体表面“摸”过，这不过不是真正的接触到，而是进行微距的“低空滑翔”。正是因为这一点，电子显微镜再也不是放大多少倍，而是直接到达了原子级别的分辨率。
采用微差干涉衬度法研究复合材料、钨合金的显微组织。结果表明：此法得到的彩色金相照片，不需要像彩色金相那样进行复杂的着色，只需金相显微镜上的DIC装置简单配合，就可得到色彩艳丽、给人以美感的彩色金相照片。
关键词
微差干涉衬度；复合材料；钨合金
随着材料科学的高速发展，许多新材料、新工艺应运而生，伴随而来各种复杂的显微组织单纯靠光学金相已远不能满足要求，因此新方法的研究迫在眉睫。微差干涉衬度法就是近年来发展起来的、能够显著提高复杂显微组织鉴别力的一个行之有效的方法。微差干涉衬度法对于金属材料显微组织的显示，具有十分重要的实用价值，可提供更加丰富的显微组织及有意义的信息，能够观察到一般常规方法无法分辨的组织和无法看到的组织细节，使金属材料显微组织得以在不同色彩下更清晰的显示。微差干涉衬度新技术最大的优越性在于：不需像彩色金相那样进行复杂的着色，就可获得色彩艳丽、给人以美感的彩色金相照片；同时又能改善常规黑白金相中，仅用灰度差来区分组织鉴别能力低这一不足。微差干涉衬度新技术能提高鉴别力，扩大分析领域，使传统光学金相技术得到新发展，具有广阔的应用前景。此法省时、省力、简单、易于掌握，值得推广应用。
1试验
1.1装置微差干涉衬度是运用光的干涉效应，在显微镜上配备一些专用的光学系统，如偏振光、干涉衬度（DIC）附件等，用以形成色彩，即为干涉衬度法。主要利用光学金相显微镜上的一些附件来实现，如NPL平场物镜，每个物镜均有渥拉斯顿棱镜的中间环，这组物镜和装有起偏镜、波片、检偏镜的垂直照明器配合使用，就形成DIC装置，正确利用这些附件可以显示出色彩各异的金相组织。
1.2原理试样表面由于各相的硬度不同，在抛光时形成微小的高度差，借助DIC装置可将微小的高度差转变成光程差加入波片而成为彩色衬度差，尤其在高度差很小时，一般方法很难显示，而这套装置可做到。装置中的几个光学零件，除渥拉斯顿棱镜外，其他都是偏振光干涉中的装置。起偏镜将一束细小的自然光变为直线偏振光，然后渥拉斯顿棱镜将偏振光再分为振动面相互垂直而分开很小角度的o光和e光，检偏镜再使这两束光中振动方向平行于检偏镜偏振面的分量通过，得到在同一振动面上但分开角度很小的两束相干光波，当这两束光投到高低不平的试样表面反射回来并汇聚到一点时，由于产生光程差而发生干涉，产生不同的色彩。波片的作用是提高干涉色的序级，增加色彩的饱和度。o光、e光示意图，见图1［1］。
1.3方法旋转起偏镜的角度使自然光透过棱镜形成偏振光（e光），当e光照射到试样表面时，由于试样表面相与相之间微小的高度差，反射到检偏镜后形成光程差，即产生光的干涉效应，形成色彩。
1.4制备微差干涉衬度法对试样要求较高，不允许有任何麻点和细小划痕，否则在干涉光下试样缺陷将暴露无疑，影响试验结果。同时，抛光时应注意不要产生“曳尾”、相变形等现象，相的轮廓应清晰、完整，本方法要求实验人员应具备较高的金相制样技术水平。
1.5浸蚀复合材料试样浸蚀剂为氢氟酸0.5mL+盐酸1.5mL+硝酸2.5mL+蒸馏水99.5mL。钨合金试样浸蚀剂为15%铁氰化钾水溶液+15%氢氧化钾水溶液，等分量混合。
2材料及其显微组织
复合材料是由基体和增强材料两部分复合而成的一种新型材料，具备单一材料难以具有的性能，以其优异的综合性能、可设计性和各向异性等特点，被广泛用于信息技术、能源技术、航空航天技术、汽车制造和海洋开发等领域，成为高技术发展中不可缺少的一种重要材料。金属基复合材料的诞生为材料研究领域开拓了一个新的发展方向，具有广阔的应用前景［2］。复合材料显微组织变化多样、形态各异，SiC、Al2O3、石墨等相与基体之间衬度不大，特别是纤维束与铝基体反应的界面不易看清，界面的位置与厚薄不能清楚地显示出来，采用微差干涉衬度法，这些问题都会迎刃而解。根据增强剂成分、纤维束大小、形态、分布及干涉光下的色彩，显微组织分为5种。
2.1铝合金复合材料
2.1.1SiC、Al2O3与铝合金复合SiC、Al2O3与铝合金复合的显微组织，见图2。褐色为SiC颗粒，任意分布；深褐色大小不同的圆形、椭圆形是Al2O3的横截面；长短不等的条状为Al2O3纵向组织形貌，颜色为浅褐色；α（Al）基体为天蓝色，其上分布有细小的第二相合金组织，与SiC、Al2O3形成明显的反差，极易鉴别。照片色彩不同，是偏振光角度不同所致。
2.1.2碳纤维与铝合金复合碳纤维与铝合金复合的显微组织，如图3所示。紫色、褐色圆形为碳纤维横截面组织形貌，浅绿色长条状为碳纤维纵剖面，α（Al）基体为天蓝色或浅粉色，极易区分、鉴别。照片色彩不同，是偏振光角度不同所致。
2.2钨合金显微组织钨合金是以钨为基加入少量镍、铜、铁、钴、钼、铬等金属黏结剂组成的一种合金材料，称为高密度钨合金或重合金。钨合金的密度可高达16.5~19.0g/cm3，具有熔点高、密度大、高温强度优异、导热性好、热膨胀系数小、吸收射线能力强及耐腐蚀等优点。目前，采用形变强化可改变合金的组织结构，使钨晶粒发生变形，从而大幅提高钨合金的抗拉强度〔3〕。钨合金经挤压变形后显微组织为变形钨合金+黏结相，这种组织表面看起来似乎简单，其内部实质变化多样、形态各异。当钨合金变形量较小时，只是局部区域有一种变形趋势，变形前与变形后的钨颗粒看上去基本一样，常规黑白金相几乎难以区分。当钨合金变形量增大时，钨颗粒内部微观形貌的变化，常规黑白金相也很难看出其中的差别，而微差干涉衬度法就很容易把这些细微的变化表现出来。
2.2.1不同变形量下的钨合金显微组织图4a为变形量15%时的显微组织，钨颗粒为黄色，黏结相为蓝色，非常醒目，极易区分；图4b为变形量20%时的显微组织，钨颗粒由于位相不同，形成灰色、黄色两种颜色，与黏结相蓝色极易区分；图4c为变形量25%时的显微组织，钨颗粒由于位相不同，形成褐色、黄色两种颜色，与黏结相蓝色极易区分；图4d为变形量40%时的显微组织，钨颗粒由于位相不同，形成褐色、黄色两种颜色，与黏结相浅黄色极易区分；图4e为变形量60%时的显微组织，黄色钨颗粒与蓝色黏结相，非常醒目，极易区分。
2.2.2变形后钨颗粒内部显微组织钨合金变形后钨颗粒内部显微组织清晰可见，见图5。
[关键词]海因里希・罗雷尔博士；凝聚态物理学；介观物理学；纳米科技；透射电子显微镜（TEM）；扫描电子显微镜（SEM）；场离子显微镜（FIM）；扫描隧道显微镜（STM）；诺贝尔物理学奖
[Key words]Dr. Heinrich Rohrer；condensed matter physics；mesoscopic physics；nanoscience and nanotechnology；transmission electron microscope （TEM）；scanning electron microscope（SEM）；field ion microscope（FIM）；scanning tunneling microscope （STM）；Nobel prize in physics
1罗雷尔先生生平与家庭成员
海因里希・罗雷尔（又译为罗勒，海因里希・
罗雷尔博士
Heinrich Rohrer，1933.06.06―2013.05.16）出生于瑞士德语区圣加伦州（Sankt Gallen）温登堡区（Werdenberg，又名Wahlkreis）布希镇（Buchs）一个富裕的制成品批发商家庭，他是汉斯（Hans Heinrich Rohrer）和卡萨琳娜（Katharina Ganpenbein Rohrer）夫妇4个孩子中的第3个，其孪生姐姐只比他先出生半个小时。1949年全家迁居苏黎世。1961年他与露丝―玛丽（RoseMarie Eggar）小姐结婚，其蜜月在美国度过，婚后育有两女：长女多丽丝（Doris Shannon）和次女爱伦（Ellen Linda）。2013年5月16日罗雷尔因自然衰竭而逝世于瑞士德语区施维茨州（Schwyz）霍夫区（Hfe）伍尔劳镇寓所（Rebbergstrasse 9D CH-8832 Wollerau），享年80岁。
罗雷尔的主要学习经历：1955年获瑞士联邦理工学院（即苏黎世工业大学ETH Zürich）物理学BS，1960年获该大学实验物理学PhD。其博士论文是关于测量超导体在磁场中长度的变化，此项工作始于以测量杨氏模量的不连续性而著称的丹麦物理学家奥尔森（Jrgen Lykke Olsen，1923―2006），其博士导师是瑞士低温工程专家格拉斯曼（Peter Grassmann，1907―1994）教授。
罗雷尔的主要工作经历：大学毕业后曾短期服役于瑞士山地步兵团。1961―1963年在美国新泽西州罗格斯大学（Rutgers University）进行有关II类超导体和金属的导热性的博士后研究；1963―1997年任职于瑞士苏黎世州霍尔根区（Horgen district）鲁希利康（Rüschlikon）的美国IBM公司苏黎世研究实验室ZRL（IBM Zurich Research Laboratory，常简写为IBM ResearchZurich，成立于1956年），1986―1988年任实验室物理学部主任，获诺奖时是该实验室的高级研究员，期间曾于1974―1975年到美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校（UCSB）做访问学者，进行核磁共振NMR（nuclear magnetic resonance）方面的研究。
2凝聚态物理学大师罗雷尔的主要学术成就与贡献凝聚态物理学家罗雷尔原本喜欢古典文学和自然，只是1951年在瑞士联邦理工学院注册时才决定主修物理学。1963年年末他来到IBM公司苏黎世研究实验室工作，其第一个任务是研究近藤系统（Kondo system）在脉冲磁场中的磁阻问题。近藤效应（Kondo effect）是指含有极少量磁性杂质的晶态金属在低温下出现极小电阻的现象，因1964年首先由日本理论物理学家近藤淳（Jun Kondo，1930.02.06―）从理论上阐明了该现象的形成机制而得名。20世纪60年代末从事反磁体研究，在物理研究组组长卡尔・穆勒（1987年诺贝尔物理学奖得主）博士的支持和鼓励下研究临界现象（critical phenomena）。为了进行超导研究，1978年开始与同事、联邦德国（西德）物理学家和发明家宾尼希（又译为比尼格，Gerd Karl Binnig，1947.07.20―）博士合作构想扫描隧道显微镜，首先利用量子隧道效应原理研究物体表面现象的是美国籍挪威裔物理学家、1973年诺贝尔物理学奖得主贾埃弗（Ivar Giaever，1929.04.05―），但他未能解决好稳定性问题。1981年罗雷尔和宾尼希力克这一技术难关：利用压电陶瓷的压电效应设计显微镜的电镜工作台，通过压电陶瓷的细微调节功能实现试样的精确定位和探针的平面扫描，采用超导磁悬浮的办法达到系统隔震的目的。1982年他们终于创制出世界上第一台新型的物体表面分析仪器――扫描隧道显微镜STM（scanning tunneling microscope），开辟了物质结构研究的全新领域。STM主要是利用一根非常细的钨金属探针，针尖电子会跳到待测物体表面上形成穿隧电流，同时物体表面的高低会影响穿隧电流的大小，依此来观测物体表面的三维形貌且又不损伤样品。1983年他们利用STM在硅单晶表面第一次直接观察到周期性排列的硅原子阵列及其表面电子行为[1]。这种显微镜的放大倍数可高达3亿倍，最小分辨率（平行方向为0.04nm，垂直方向为0.01nm）仅为原子直径的1/25（即0.04）。扫描隧道显微镜的诞生是电子显微技术发展史上的一个重要里程碑，在此基础上，科学家们还发明了近场扫描光学显微镜NSOM/SNOM（nearfield scanning optical microscope，1984年）[2]、原子力显微镜AFM[atomic force microscope，又称扫描力显微镜SFM（scanning force microscope），1986年由宾尼希等3人发明[3-4]]、磁力显微镜MFM（magnetic force microscope，1987年）、静电力显微镜EFM（electrostatic force microscope）、摩擦力/横向力显微镜FFM/LFM（friction/lateral force microscope）、激光力显微镜LFM（laser force microscope）、化学力显微镜CFM（chemical force microscope）、光子扫描隧道显微镜PSTM（photon STE）、扫描热电势显微镜SThM（scanning thermal microscope）、弹道电子发射显微镜BEEM（ballistic electron emission microscope）、扫描离子电导显微镜技术SICM（scanning ion conductance microscope）和扫描隧道电位仪STP（scanning tunneling potentionmetry）等近30种不同用途的相关科学仪器[5]。上述发明为科学家们探索纳米世界提供了一系列强有力的现代化工具，促进了国际上纳米科技时代的到来。1986年与宾尼希合作《扫描隧道显微镜》[6]，翌年两人又合著专著《扫描隧道显微镜》（德文Das RasterTunnelmikroskop，英文The Scanning Tunneling Microscope）。
此外，罗雷尔还涉猎过磁相图（magnetic phase diagrams）、纳米力学（nanomechanics）、相变（phase transitions）、多临界现象（multicritical phenomena）、随机领域问题（randomfield problem）和超导性（superconductivity）等物理学前沿研究领域。
扫描隧道显微镜（STM）的发明在科学技术发明史上占有很重要的地位，从以下STM所获得的荣誉中就可窥见一斑并凸显其历史意义和价值。
2007年12月19日爱思唯尔（Elsevier，其总部设在荷兰首都阿姆斯特丹）旗下的《今日材料》（Materials Today）杂志（月刊，创刊于1998年）评选出全世界50年以来材料科学领域的十大科技进展：①《国际半导体技术蓝图（ITRS）》（The International Technology Roadmap for Semiconductors）：1994年起已更名为美国《国家半导体技术蓝图（NTRS）》（The National Technology Roadmap for Semiconductors）；②扫描探针显微镜SPMs（scanning probe microscopes）：包括STM、AFM、MFM和EFM等各种探针式扫描显微镜；③巨磁电阻效应GMR（giant magnetoresistive effect），法国物理学家费尔（Albert Fert，1938.03.07―）和德国物理学家克鲁伯格（Peter Andreas Grünberg，1939.05.18―）因于1988年先后独立发现巨磁电阻效应而分享2007年诺贝尔物理学奖，并共享“硬盘技术之父”的雅称；④半导体激光器和发光二极管（semiconductor lasers and LEDs）；⑤美国《国家纳米技术计划》（National nanotechnology initiative）；⑥碳纤维强化塑料（carbon fiber reinforced plastics）；⑦锂离子电池材料（materials for Li ion batteries）；⑧纳米碳管CNT（carbon nanotubes）；⑨软光刻（soft lithography）；⑩超材料（metamaterials）。
为纪念美国国际商业机器公司IBM（International Business Machines，成立于1911年6月16日）创建100周年，美国著名IT网站eWeek于2011年评选出IBM公司百年来十大高科技创新发明（均被授予美国专利）：①打孔机：专利号是US998631A，公开日：1911.07.25，IBM公司历史上的第一个专利；②场效应晶体管存储器（即动态随机存储器DRAM，日后成为计算机内存的标准）：专利号是US3387286A，公开日：1968.06.04；③扫描隧道显微镜（STM）：专利号是US4343993A，公开日：1982.08.10；④微机系统设备总线控制技术（即IBM PC/AT）：专利号是US4528626A，公开日：1985.07.09；⑤远紫外线外科和牙科手术（日后成为激光眼科手术的基础）：专利号是US4784135A，公开日：1988.11.15；⑥电子目录订购系统（该发明使公共和私人电子网上购物图录服务成为可能）：专利号是US5319542A，公开日：1994.06.07；⑦碳纳米管（专利名：碳纤维及其产品的生产方法）：专利号是US5424054A，公开日：1995.06.13；⑧管理数据挖掘维护（专利名：空间分析系统：有效地安排和调度基础设施的维护和监控）专利号是：US6496814B1，公开日：2002.12.17；⑨车辆电子设备安全技术：专利号是US7006793B2，公开日：2006.02.28；⑩硬盘录像机管理（专利名：通过网络管理数字视频记录）：专利号是US7684673B2，公开日：2010.03.23。
3凝聚态物理学、介观物理学与纳米科技
固体可分为晶体、准晶体（准晶体的发现是2011年诺贝尔化学奖的获奖成果）和非晶体三大类。组成晶体的粒子，在三维空间的排列形成晶格，具有周期性及与周期性相容的空间取向有序性。1855年法国物理学家布拉维（Auguste Bravais，1811.08.23―1863.03.30）最终确定晶格的型式有且只有14种（即布拉维点阵），并将其归纳为7类晶系。他首次将数学中群的概念应用于物理学，为固体物理学作出奠基性贡献。后来人们已确定晶体的对称性可由32个点群和230个空间群来描述。1912年德国物理学家冯・劳厄（Max Theodor Felix von Laue，1879.10.09―1960.04.23，1914年度诺贝尔物理学奖得主）发现X射线在晶体原子点阵中的衍射（劳厄图），开创了固体物理学的新时代，自此人们就可以通过X射线的衍射条纹来研究晶体的微观结构。
“凝聚态”是物质的一种聚集态，构成凝聚态物质的粒子相互之间存在着较强的作用，所表现的一个共同的宏观特征就是其难以被压缩。粒子间较强的相互作用，使凝聚态物质的性质相对于粒子间距较大的气态，具有一系列显著的特征。凝聚态物质包括常见相中的固态和液态（气态不属于凝聚态）、软物质（softmatter，又称软凝聚态物质或复杂液体）；高温下的等离子态；低温下的玻色─爱因斯坦凝聚态BEC（2001年诺贝尔物理学奖获奖成果）、费米子凝聚态、拉廷格液体（Luttinger liquid，又称TomonagaLuttinger liquid）、超流态（superfluid）、超导态（superconductor）和超固态（supersolid）以及磁介质中的铁磁性、反铁磁性（antiferromagnetism）和铁电体（ferroelectrics）等。凝聚态物理学是研究凝聚态物质的物理性质与微观结构以及它们之间的关系，即通过研究构成凝聚态物质的电子、离子、原子及分子的运动形态和规律，从而认识其物理性质的学科，其理论基础是量子力学。凝聚态物理学是以固体物理学为基础的外向延拓，低温物理学的发展拓宽了其研究领域。它涉及的研究内容十分广泛，应用性极强，已成为物理学科发展的重点。固体物理学的一个重要理论基石是能带理论，它建立在单电子近似的基础上，而凝聚态物理学的概念体系则渊源于相变与临界现象理论，根植于相互作用多粒子理论，因而具有更加宽阔的视野。20世纪90年代以后，“凝聚态物理学”已逐渐取代“固体物理学”而成为其同义词。
介观是指介于宏观和微观之间的意思。纳米（1nm=10-9m=10）是一个介观尺度的度量单位，它介于微观尺度（原子大小，0.1nm级）和宏观尺度（光学显微镜的分辨极限尺度是光波长的量级，即0.2～3μm）之间。介观物理学是一门研究介观体系中表面和界面问题的学科。在1990年3月美国物理学会凝聚态年会上，首次将介观物理学单独列为分组议题。20世纪90年代以来，对介观系统的研究已逐步成为凝聚态物理学的一个崭新研究领域[7]。
1959年12月29日美国理论物理学家和教育家理查德・费曼（Richard Phillips Feynman，1918.05.11―1988.02.15，1965年诺贝尔物理学奖得主）在加利福尼亚理工学院（Caltech）出席美国物理学会年会时，发表了题为《微观世界仍有很大发展空间》（Theres Plenty of Room at the Bottom）的演讲，明确提出以操纵单个原子、原子团或分子为手段的纳米技术这一基本概念。1962年日本东京大学数学物理学家久保亮五（Kubo Ryōgo，1920.02.15―1995.03.31）教授首创量子限制理论用来解释金属纳米粒子的能阶不连续性，这是纳米科技的重要里程碑。1974年东京理工大学谷口纪男（Norio Taniguchi，1912.05.27―1999.11.15）教授首创“纳米技术”（nanotechnology）一词用以表示公差小于1μm的精密机械加工，有时亦称其为纳米科技（nanoscience and nanotechnology）。现一般将发明STM的1982年（1981年是STM的技术难题突破年）视为纳米元年。1990年7月首届国际纳米科技会议和第5届国际扫描隧道显微镜学会议同时在美国巴尔的摩举行，大会将纳米电子学（包括自旋电子学）、纳米机械学、纳米生物学和纳米材料学列入纳米科技的四大前沿研究领域，并决定出版《纳米结构材料》（Nanostructured Materials）、《纳米生物学》（Journal of Nanobiotechnology）和《纳米科技》（Journal of Nanoscience and Nanotechnology）三种国际性期刊。1991年日本筑波科学城NEC公司物理学家饭岛澄男（Iijima Sumio，1939.05.02―）利用TEM在观察碳的团簇时偶然发现了纳米碳管，成为当时纳米科技研究的热点。
4电子显微镜发明简史
电子显微镜的研制历史可追溯到19世纪末，1897年德国物理学家布劳恩（Karl Ferdinand Braun，1850.06.06―1918.04.20，1909年诺贝尔物理学奖得主）利用荧光物质改善了克鲁克斯管，发明了一种可用荧光屏观测电场控制的狭窄电子束的阴极射线管──布劳恩管，它是电子示波器和电视显像管的前身，这样的电子束管和高真空技术为电子显微镜的诞生准备了技术条件。1924年法国理论物理学家德布罗意（Prince LouisVictor Pierre Raymond=7th duc de Broglie，1892.08.15―1987.03.19，1929年诺贝尔物理学奖得主）在其博士论文中将爱因斯坦关于光子波粒二象性的概念加以推广，系统地提出包括电子在内的一切微观粒子都具有波粒二象性的著名论点。1926年德国物理学家布希（Hans Walter Hugo Busch，1884.02.27―1973.02.16）研制成功世界上第一个磁力电子透镜并发表关于磁聚焦的论文，提出电子束通过轴对称电磁场时可以聚焦（如同光线通过透镜时可以聚焦一样），首创几何电子光学理论和电子透镜理论，为电子显微镜的诞生奠定了理论基础[8]。德国物理学家鲁斯卡（Ernst August Friedrich Ruska，1906.12.25―1988.05.27，被誉为“电子显微镜之父”）于1928年11月在柏林工业大学TUB（德文Technische Universitt Berlin，英文Technical University of Berlin，又译为柏林理工大学、柏林科技大学或柏林技术大学，1879年由3个学院合并而成）上大学期间就参加了由该大学高压实验室主任马提亚斯（Adolf Matthias，1882.07.29―1961.09.03）教授领导的阴极射线示波器科研组的工作，1929年开始在电子研究小组组长、德国电气工程师科诺尔（Max Hans Hermann Knoll，1897.07.17―1969.11.06）博士指导下从事电子透镜的实验研究，1931年3月9日他们合作创制出利用高真空下的电子束代替光束成像、二级磁透镜放大的透射电子显微镜原型，这是一台经过改进的阴极射线示波器，最初的放大率仅为16倍，这是世界公认的电子显微镜的雏形。鲁斯卡与德国物理学家冯・波里斯[Bodo von Borries，1905.05.22―1956.07.17，鲁斯卡的妹夫，1954―1956年任国际电子显微镜学会联合会IFSEM（2002年起更名为IFSM）首任会长，1956―1958年鲁斯卡接任第2任会长]合作，采用磁极靴代替长螺线管线圈，进一步研制出全金属镜体的电子显微镜并于1932年3月17日将这种磁透镜申请了德国专利（编号：DE680284C，公开日：1939年8月25日）。经不断改进和完善，在解决一系列技术难题（如稳定度极高的高压电源、电磁透镜电流的恒定和整个系统的高真空等）以后，鲁斯卡终于在1933年12月独自研制出比较成熟的透射电子显微镜TEM（transmission electron microscope），获得了金属铝箔和棉丝纤维的1.2万倍的放大像，其分辨率首次突破了光学显微镜[1628年德国神父和天文学家席耐尔（Christoph Scheiner，1573/1575.07.25―1650.07.18）利用两块凸透镜（物镜和目镜）制成复式显微镜，这是现代光学显微镜的原型。1874年德国光学家和企业家阿贝（Ernst Karl Abbe，1840.01.23―1905.01.14）利用衍射理论证明普通光学显微镜存在分辨率极限（即阿贝极限，0.2μm），奠定了光学显微镜成像的经典理论基础，1878年英国物理学家瑞利（1904年诺贝尔物理学奖得主）给出光学显微镜分辨率的极限公式]的极限，开创了物质微观结构研究的新纪元，TEM的发明被誉为“20世纪最重要的发明之一”[9]。1932年科诺尔和鲁斯卡合作在德国著名的《物理学年鉴》杂志《几何电子光学的进展》[10]，首次引入电子显微镜的概念和首次使用电子显微镜的名称，故1932年常被视为是电子显微镜的诞生年。1933年鲁斯卡以论文《电子显微镜的磁物镜》[11]（其研究主题是电子光学和电子显微镜学，博士导师：科诺尔）获柏林工业大学工学PhD。应西门子―哈尔斯克公司S & H[von Siemens & Halske，1966年西门子股份公司（Siemens AG）正式成立]的邀请，1937年春鲁斯卡和冯・波里斯帮助其建立电子光学和电子显微镜学实验室，1937―1940年他俩共同担任该实验室主任工程师和责任指导人，1940年将它建成为第一个电子显微镜开放实验室（当时装备了4台电子显微镜）。1939年S & H公司研制成功分辨率达30的世界上最早的商用电子显微镜（当时称超显微镜）并投入批量生产，鲁斯卡及其胞弟、医生和生物学家赫尔穆特（Helmut Ruska，1908.06.07―1973.08.30）等人利用这种电子显微镜在生物学研究方面（如噬菌体病毒）获得很大成功[12-13]。
1936年德国物理学家和发明家欧文・穆勒（又译为米勒，Erwin Wilhelm Müller，1911.06.13―1977.05.17）创制出场发射显微镜FEM（field emission microscope），后发展为场发射电子显微镜FEEM（field emission electron microscope）和场发射扫描电子显微镜FESEM（field emission SEM）。1952年以后他一直供职于美国宾夕法尼亚大学（简称宾州大学），1955年他发明了场离子显微镜FIM（field ion microscope），1967年他与合作者又发明了原子探针场离子显微镜APFIM（atom probe FIM）。
1937年（1938年正式发表相关论文）德国柏林西门子―哈尔斯克公司的应用物理学家和发明家冯・阿登纳男爵（Baron Manfred von Ardenne，1907.01.20―1997.05.26）在TEM基础上增加扫描线圈，创制出扫描透射电子显微镜STEM（scanning TEM），这是世界上第一台扫描电子显微镜SEM（scanning electron microscope，简称扫描电镜），它主要是利用样品表面产生的二次电子成像来对物质的表面结构进行研究，是探索微观世界的有力工具。出生于帝俄的美国无线电公司RCA（Radio Corporation of America）实验室发明家、现代电视技术的先驱兹沃里金（Vladimir Kosmich Zworykin，1889.07.29―1982.07.29，1924年加入美国籍）于1942年制成世界上第一台实验室用SEM（分辨率1μm），1965年英国剑桥仪器公司生产出世界上第一台商品化SEM，1985年德国蔡司公司（Carl Zeiss AG）研制出世界上第一台数字化SEM，1990年起全面进入数字图像扫描电镜时代。
SEM（1937年）、FIM（1955年）和STM（1982年）是已达到原子分辨水平的三种重要科学仪器，前两者主要应用于材料科学领域，而STM则直接导致纳米科技这一应用科学的兴起。1955年10月11日美国宾州大学物理学教授欧文・穆勒及其博士生巴哈杜尔（Kanwar Bahadur）首次通过FIM观察到单个钨原子的成像[14-15]，这是人类有史以来首次得以清晰地观察到单个原子的分布图像。出生于英国的美国芝加哥大学物理学家克鲁（Albert Victor Crewe，1927.02.18―2009.11.18）等人于1970年利用现代化的SEM实现了原子级的分辨率[16]。STM是第三种能够观察到单个原子的技术，甚至于可实现单原子操控[17-18]。现在科学家们利用STM观测到的扫描隧道谱STS（scanning tunneling spectroscopy）已能进行单分子物理学研究。
5瑞士籍诺贝尔物理学奖得主
迄今瑞士籍的诺贝尔物理学奖得主共有3.5位（爱因斯坦获奖时拥有德国和瑞士双重国籍，按0.5位计算）[19]：①1920年获奖的冶金学家、实验物理学家和计量学家纪尧姆（Charles douard Guillaume，1861.02.15―1938.06.13）：表彰“他发现镍钢合金的反常特性及其在物理学精密测量中应用的重要贡献”（in recognition of the service he has rendered to precision measurements in Physics by his discovery of anomalies in nickel steel alloys），他于1902―1915年任国际计量局BIPM（法文Bureau International des Poids et Mesures，英文International Bureau of Weights and Measures，1875年5月20日成立，其总部设在巴黎西南近郊的塞夫勒Sèvres）副局长，1915―1936年任BIPM局长。②1921年度获奖的理论物理学家爱因斯坦[20-22]。③1986年获奖的实验物理学家罗雷尔：1986年10月15日瑞典皇家科学院决定授予马克斯・普朗克学会弗里茨・哈伯研究所的联邦德国物理学家鲁斯卡、联邦德国物理学家宾尼希和瑞士物理学家罗雷尔当年诺贝尔物理学奖，当年每项诺奖奖金总额是200万瑞典克朗，鲁斯卡获得其中的50%，以表彰“他在电子光学的基础性研究并设计出第一台电子显微镜”（for his fundamental work in electron optics，and for the design of the first electron microscope）；宾尼希和罗雷尔各获得奖金总额的25%，以表彰“他们设计出第一台扫描隧道显微镜”（for their design of the scanning tunneling microscope）[23-24]。1986年12月8日鲁斯卡在斯德哥尔摩发表了题为《电子显微镜和电子显微镜学的发展》（The Development of the Electron Microscope and of Electron Microscopy）的诺贝尔演讲，同日宾尼希和罗雷尔也联名发表了题为《扫描隧道显微镜学：从诞生到成熟》的诺贝尔演讲[25]。④1987年获奖的超导物理学家卡尔・穆勒（又译为米勒，Karl Alexander Müller，1927.04.20―）：因高温超导体方面的重要贡献与联邦德国物理学家柏诺兹（Johannes Georg Bednorz，1950.05.16―）分享当年诺贝尔物理学奖，表彰“他们在发现陶瓷材料的超导性方面作出重大突破”（for their important breakthrough in the discovery of superconductivity in ceramic materials），获奖时他俩都是IBM公司苏黎世研究实验室的高级研究员。
1952年诺贝尔物理学奖得主布洛赫（Felix Bloch，1905.10.23苏黎世―1983.09.10苏黎世）是出生于瑞士的美国籍犹太物理学家，他1934年移居美国，1939年加入美国籍（未保留瑞士籍）。
各项诺贝尔奖得主现基本上在每年10月的上旬和中旬揭晓，公布顺序现依次是：生理学或医学奖、物理学奖、化学奖（2000年及以前与物理学奖同日公布）、文学奖、和平奖和经济学奖。鲁斯卡、宾尼希和罗雷尔是诺贝尔物理学奖历史上的第127～129位得主，诺贝尔奖历史上的第545～547位得主。罗雷尔是诺贝尔物理学奖历史上的第117位逝者，诺贝尔奖历史上的第547位逝者。
根据笔者的统计（双重国籍者各按0.5人计算），在113届（1901―2013）诺贝尔奖的颁奖历史上，现共有195人196人次荣获诺贝尔物理学奖（其中美国理论物理学家巴丁于1956年和1972年两次荣获物理学奖），瑞士籍得奖人数位于美国（86.5）、英国（23）、德国（22.5）、法国（13）、俄罗斯（10，含前苏联）、荷兰（8.5）、日本（6）和瑞典（4）之后，名列第九位。这9个国家的合计人数177占总人数195的90.77%，由此可见诺贝尔物理学奖得主的国籍是高度集中的，其国籍分布数量只有19个，仅多于1969年才设立的纪念阿尔弗雷德・诺贝尔经济学奖的12个[26-30]。
