第2章 细胞生物学研究方法-3版.ppt

第二章 细胞生物学研究方法 如何学习细胞生物学？ 抽象思维与动态观点 结构与功能统一的观点 同一性(unity)和多样性(diversity)的问题 细胞生物学的主要内容： 结构与功能（动态特征）； 细胞的生命活动 ； 实验科学与实验技术——细胞真知源于实验室 ——What we know//How we know. 第二章 细胞生物学研究方法 ? 细胞形态结构的观察方法 ? 细胞组分的分析方法 ? 细胞培养、细胞工程与显微操作技术 ? 用于细胞生物学研究的模式生物 第一节 细胞形态结构的观察方法 ?光学显微镜技术 （light microscopy） ?电子显微镜技术 (Electro microscopy) ?扫描遂道显微镜 (scanning tunneling microscope ) 第二节 细胞组分的分析方法 ?离心分离技术 ?细胞内核酸、蛋白质、酶、糖与脂类等的显示方法 ?特异蛋白抗原的定位与定性 ?细胞内特异核酸的定位与定性 ?放射自显影技术 ? X射线衍射技术 ?定量细胞化学分析技术 第三节 细胞培养、细胞工程与显微操作技术 ?细胞的培养 ?细胞工程 一、光学显微镜技术（light microscopy) ? 普通复式光学显微镜技术 ? 暗视野显微镜技术（Dark Field Microscopy） ? 相差显微镜（phase-contrast microscope） ? 荧光显微镜技术（Fluorescence Microscopy） ? 激光扫描共焦显微镜技术 （Laser Scanning Confocal Microscopy） ? 微分干涉显微镜 （differential interference contrast microscope, DIC） ? 录像增差显微镜技术（video-enhance microscopy） 二、 电子显微镜技术 ?电子显微镜的基本知识 ?电镜与光镜的比较 ?电镜与光镜光路图比较 ?电子显微镜的基本构造 ?主要电镜制样技术 ?负染色技术 ?冰冻蚀刻技术 ?超薄切片技术 ?电镜三维重构技术 ?扫描电镜（Scanning electron microscope，SEM） 三、扫描隧道显微镜 1981年，IBM公司瑞士苏黎士实验室的葛·宾 尼（G．Binning）和海·罗雷尔（H．Rohrer）研 制出世界上第一台扫描隧道显微镜。STM使人类 第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列 状态和与表面电子行为有关的物化性质，在表面科 学、材料科学、生命科学以及微电子技术等领域的 研究中有着重大的意义和广泛的应用前景，被国际 科学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之 一。 从左至右依次为Ernst Ruska，Gerd Binnig，Heinrich Rohrer （一）STM的工作原理 扫描隧道显微镜是根据量子力学中的隧道效应原理，通过探测固体表面原子中电子的隧道电流来分辨固体表面形貌的新型显微装置。 隧道电流 扫描隧道显微镜的基本原理是将原子线度的 极细探针和被研究物质（样品）的表面作为 两个电极，当样品与针尖的距离非常接近 (通常小于1nm) 时，在外加电场的作用下， 电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电 极，形成隧道电流I 。 （二）STM的工作模式 扫描隧道显微镜主要有两种工 作模式： 恒电流模式 恒高度模式 1、恒电流模式 x-y方向进行扫描，在z方向加上电子反馈系统，初始隧道电流为一恒定值，当样品表面凸起时，针尖就向后退；反之，样品表面凹进时，反馈系统就使针尖向前移动，以控制隧道电流的恒定。将针尖在样品表面扫描时的运动轨迹在记录纸或荧光屏上显示出来，就得到了样品表面的态密度的分布或原子排列的图象。此模式可用来观察表面形貌起伏较大的样品，而且可以通过加在z方向上驱动的电压值推算表面起伏高度的数值 如图所示，在扫描过程中保持针尖的高度不变，通过记录隧道电流的变化来得到样品的表面形貌信息。这种模式通常用来测量表面形貌起伏不大的样品。 （三）扫描遂道显微镜装置 扫描的压电陶瓷，逼近装置，电子学反馈控制系统和 数据采集、处理、显示系统。 （四）扫描遂道显微镜特点 ?可对晶体或非晶体成像，无需复杂计算，且分辨本领高。（侧分辨率为0.1～0.2nm，纵分辨率可达0.01nm）； ?可实时得到样品表面三维图象，可测量厚度信息； ?可在真空、大气、液体等多种条件下工作；非破坏性测量。 ?可连续成像，进行动态观