一、电镜研制中新技术的应用
在50～60年代，电镜的发展几乎集中在提高常压电镜的分辨率和改进制样技术方面。70～80年代，除继续提高仪器的分辨率外，在电镜的工作方式上有很多的拓展，出现了超高压电子显微镜、透射扫描式电子显微镜、分析型电子显微镜等，更为广泛地开发了电镜的功能和拓展其应用范围。90年代以后，电子技术和计算机技术的应用使得电镜的自动化程度有了很大的提高，以往非常复杂的电镜合轴、消像散等调整步骤均可以由计算机控制系统去完成，使操作人员使用起来更加便利与快捷，而电镜的影像显示、处理、存储和传输等功能也随之变得愈加强大，内容愈加丰富多彩起来。
1.电镜的结构方面
(1)电子枪 按低、中、高档电镜分别采用钨丝、六硼化镧阴极材料和冷场发射电子枪，某些电镜为适用不同用途还可以换用不同的阴极材料；高档电镜中的场发射电子枪又另配有阳极加热器和巴特勒型防静电透镜，使电镜的枪阴极寿命、电子束的亮度和稳定性得到大大提高。在电子枪需要更换时，以往都要手动升降电子枪，现已出现了气压驱动自动升降方式。
(2)样品室 配有可由计算机精密控制Ｘ－Ｙ移动并且带Ｙ－Ｚ倾斜角度旋转测定的样品台；样品台和放大率连动控制；样品位置、倾斜角度等状态在ＣＲＴ上即时 显示，样品位置20点记忆和记忆位置自动回位；防止样品污染和损伤的样品室排气管冷阱、通过“冷指”传导的液态氮冷却装置。
(3)电磁透镜 不同档次电镜的聚光镜为２～３级不等；为提高物镜精度出现了一体化透镜设计，中间镜和投影镜采用了成对设计、两两互补、相互抵消低倍影像畸变等措施。
(4)观察室和照相室 荧光屏升降由手动改为马达驱动自动升降，电子束自动检测、全自动曝光计与快门连动，能防止无意二次曝光，可进行多次曝光的底片输送与快门连动机构，能避免输送空片的底片检测机构。
(5)真空泵 为适应场发射电子枪的需要，高档电镜多采用离子泵和涡轮分子泵，从而在机械泵和油扩散泵的基础上进一步提高真空度，目前电镜内场发射电子枪的最高真空度已达到10-7Pa。
(6)其他方面 综合分析型电镜的倔起，导致了多种多样的信号探测器和影像数据处理器被引进了电子显微镜内，除常规的透射电子和二次电子以外，散射电子、背散射电子、Ｘ线等均被加以利用，于是对应上述各种信号的探测，如：散射电子、背散射电子探测系统，Ｘ线波谱、能谱分析仪等就成了分析型电镜的可随意选购、方便安装 的配套装置。
2.操作功能和性能
一方面电镜的功能在不断增加，另一方面电镜的操作却在越加方便和容易。以往最令非专业技术人员的普通操作者头疼的是，电镜需要定期及不定期地清洗、合轴、消像散等维护和调整等操作，现在可以由计算机系统来提示完成或者自动完成。
电镜的自动曝光��加速电压曝光差自动校正功能、ＡＢＳ（根据指定的快门时间自动设定 最佳亮度）亮度优先曝光功能、ＡＴＳ（根据观察亮度自动设定最佳快门时间）时间优先曝光功能，以及自动亮度对中、自动消像散、自动聚焦、自动亮度与对比度平衡调整、自动安全检测和保护、自动栅偏压设置、自动灯丝电压预定、自动真空抽取程序管理等功能都给操作者带来了极大的便利。
此外计算机技术的渗透也使得电镜在影像的后期处理方法更为多样化，能显示静止影像并可 进行加工处理，如：慢扫描像的全速ＴＶ显示、ＴＶ扫描像的平均值改善（Ｓ／Ｎ）、ＴＶ 及初次扫描时的影像积分（多达1000次以上）、影像存储时的对比度转换（可提供数十种转换曲线）、实时－直方图（信号强度分析）显示、分割画面显示、影像识别和立体化重建等。
计算机强大的影像管理器功能具有丰富的影像信息，带有多种检索功能的影像数据库，可以将影像在BMP、TIFF、JPEG等常用的格式间相互转换、压缩并存储进硬盘（HD）、磁光盘（M O）、光盘（CD-RAM）之中，或者连接网络系统传输给其他站点。某些电子显微镜借鉴采用Windows操作界面，给用户以非常亲切熟悉的感觉（图4-31）。
图4-31 电镜的操作界面与影象的网络传输
(a)电镜的操作界面 (b )影像的网络传输
在性能方面，电镜的研制方向一直是力求观察更微细的结构甚至是单个原子，这方面的进展还是通过提高加速电压，改进制样技术，采用新材料、新技术和新工艺来提高成像的分辨率。日本日立公司制作的 H-9000型透射电镜已达到了0.102nm的晶格分辨率，点分辨率也达0.192nm；Ｓ－5000型扫描电镜的线分辨率为0.6nm。
二、新型电子显微镜
1.超高压电镜
加速电压超过500kV的透射电镜，称为超高压电镜，目前世界上电镜的最高加速电压可达到3000kV。超高压电镜体积庞大，结构也更复杂。发展超高压电镜主要是为了研究样品在自然状态下的形貌，期望能观察生物活体和活细胞内超微结构的动态变化，还想通过增加附件，去观察标本在各种不同角度，以及加温、冷却、拉伸、弯曲过程中的形变等。它具有下述优点：①由于加速电压很高，电子束的能量极大，因而能穿透较厚的样品；②景深很大，厚样品在不同高度上的细节都能同时清楚地成像在同一平面上，采用立体照相技术可获得三维结构的影像；③辐射损伤小，有较高的分辨率；④样品室大，可使用具有多种用途的样品台，从而使人们有可能了解生物活体和活细胞内超微结构的动态变化。
２．综合型分析电镜
目前电镜正在逐渐发展成为一种大型综合分析仪器，利用电子束照射样品后所产生的各种电子信号，通过不同的探测器来收集不同的信息［图4-32(a)］，从而对样品进行微区综合分析，这种电镜称为综合型分析电镜。如电镜与X线微区分析、微区电子衍射、俄歇(Auger)电子谱仪、能谱仪（EDS）及波谱仪（WDS）等相结合，可在观察样品形貌像的同时，对样品进行微区化学成分及结构的综合分析［图4-32(b)］。
图4-32 综合型分析电镜
X线显微分析法是较早发展起来的一门技术，它包括2种方法：一种是分析X 线的波长，称为X线波谱分析法；另一种是分析X线的强度，称为X线能谱分析法。用这种技术既能对体积只有几立方微米内所包含的元素成分进行分析，又能把它们和组织细胞的显微形态结构对应起来，从而完成定位定量分析。其分析精度很高，能分析出亿万分之一克的微量元素，并且元素周期表上大部分元素都能分析出来。分析电镜具有许多优点，现在普遍使用在许多学科研究中，在生物医学研究领域里用来分析各种不同组织细胞中存在的元素,了解特殊元素在体内可能具有的功能，也可作病理及致癌因子的研究。
从以上介绍可看出，电子显微镜已不仅是一种高倍显微镜，如今已成为定性、定量综合分析的揭示微观世界的仪器。而电子显微学也随着生物医学的发展，已从初期的基础研究学科范畴，广泛地走进临床医学等应用学科领域。
3.扫描隧道电子显微镜
最后需要特别介绍一下80年代发展起来的扫描隧道显微镜(scanning tunneling microsco py)。在本章开始我们已经介绍，电子显微镜之所以能获得较之光学显微镜更高的成像分辨 率，是由于它的电子束波长非常地短，鉴于它的成像方法等原因，至目前电镜的成像分辨率已近极限。尽管近年来电镜的研制经过不断地改进与提高，使其功能和应用范围获得了很大的拓展，但仅就其分辨率一项性能而言，并没有太大的突破。若想更深入地领略极细微空间的自然世界，只有另辟蹊径，寻找其他的成像方式。扫描隧道电子显微镜就此应运而生，它是利用直径为原子尺度的针尖在样品表面扫描，
图4-33各种显微镜的探微领域
针尖与样品表面非常地接近，电子云互相重叠，在这两个物体间施加一适当电压，电子就可因量子隧道效应由针尖(或样品)转移到样品(或针尖)，从而在针尖和样品间形成隧道电流。隧道电流则随针尖与样品间距的变化而发生变化（如：间距增大则电流减小），这是就可以得到表征样品表面原子排列和原子形态的清晰影像。 这是继光学显微镜、电子显微镜以后，人们能直接观察研究物质微观结构的又一种新型显微镜（图4-33为各种显微镜的探微领域示意）。
图4-33 各种显微镜的探微领域
它的横向分辨率为0.1～0.2nm，而深度分辨率高达几个皮米(1pm=10-12m)，其放大倍数可达数千万倍，比普通电镜还要高数百倍。并克服了普通电镜中高能电子束对样品的辐射损伤、对样品表面起伏深度分辨率低以及样品必须处于真空中的限制,扫描隧道显微镜既可以在高真空、超高真空中,也可以在大气下甚至液体中无损伤地直接观察物质表面结构。利用扫描隧道显微镜人类第一次清晰地直接观察到了111硅表面7×7结构的原子排列像和含水的DNA大分子结构等。研制扫描隧道显微镜的科学家们在它的电子探针下面将单个原子逐个移动，以排列成自己的姓名或者国家名称为荣耀，成为科学界的一大美谈。由于在微电子技术、表面科学和生物科学等领域中有着广阔的应用前景和强大的生命力，目前扫描隧道显微镜仪的自身提高与改进和它实际应用领域的探索，已成为各国科学家深入研究的共同热点。