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由互补的透射电子显微镜技术实现的多模态 TEM 分析
无论是生物样品还是新型材料，其原子结构与成分最终决定了宏观性能与行为。前沿研发正越来越多地在这些尺度上获取信息，以精细调控下一代材料、治疗手段以及其他创新进展，从而让世界更健康、更清洁、更安全。
透射电子显微镜（TEM）是分辨率最高的成像技术之一，常可在多种样品上稳定获得亚纳米甚至原子级分辨率信息。现代 TEM 集成多种部件与探测器，可在显微镜内实现多种谱学技术，包括能量色散 X 射线谱（EDX/EDS）、电子能量损失谱（EELS）等。
此外，TEM 数据质量往往高度依赖样品质量：样品必须足够薄，电子才能穿透。因此，TEM 样品制备是一项关键技术，决定了后续 TEM 表征与分析的成败。
这里仅介绍与 TEM 相关的少数关键且广为人知的技术。若需进一步了解面向不同学科的专业 TEM 技术，请访问下方材料科学与生命科学相关页面。
TEM 样品制备
高质量样品的制备是任何成功 TEM 研究的基础，但往往也极具挑战，需要时间、经验以及多方面技能。
许多用于制备薄 TEM 样品的“传统”方法速度较慢，通常需要经过专业培训的人员投入数小时甚至数天。可研究材料种类繁多也进一步增加了复杂性。Thermo Scientific 聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB‑SEM）旨在简化并加速该流程，提供先进的原位样品制备能力。这些先进仪器集成自动化功能与软件算法，降低培训门槛，使非专业人员也能以稳健可靠的方式制备高质量 TEM 样品。
铝样品：展示使用 FIB‑SEM 制备的一系列 TEM 薄片。
扫描透射电子显微镜（STEM）
扫描透射电子显微镜（STEM）结合了 TEM 与扫描电子显微镜（SEM）的原理。
与 TEM 类似，STEM也需要非常薄的样品，并主要接收观察透过样品的电子束信号。同时也像 SEM 一样，STEM 将高度聚焦的电子束以栅格方式在样品上扫描。电子束与样品原子之间的相互作用允许同时采集多模态数据，这些数据与电子束的位置相关联，从而构建出虚拟图像。在该图像中，样品任意位置的信号强度通过图像对比度来表示。
与传统 SEM 成像相比，STEM 的主要优势是空间分辨率更高。相较于 TEM，STEM 的的一个重要优势是能够利用在 TEM 中难以进行空间关联的其他信号，例如用于 EDS 分析的特征 X 射线以及 EELS 谱等。
借助 STEM，可对样品获得高度局域化的分析数据，包括大面积高分辨率 EDS 元素分布图、利用 EELS 探测氧化态，以及对材料界面进行原子分辨率成像。
能量色散 X 射线谱（EDS）
EDS 可在电子显微镜内对材料进行深入的元素分析，常为 TEM 的高分辨率成像提供关键的互补信息。
当电子轰击材料时，材料中各原子会产生特征 X 射线。借助 EDS 探测器可记录这些具有元素特异性的 X 射线，从而得到显示样品元素组成的谱图。随着 EDS 探测器技术的进步，如今不仅可以获得定性分析结果，还能够可靠地进行定量成分分析，甚至对轻元素也同样适用。
EDS 被广泛用于材料科学、化学与地质研究，并逐渐被应用于制药研究，因此EDS成为了各类共享型跨学科平台的有力补充。
使用 TEM 进行细胞与组织成像
TEM可对细胞内部结构进行高分辨率观察，包括细胞膜、细胞器和蛋白复合物等。结合专为 TEM 设计的 Thermo Scientific 软件解决方案，可提供易用的工作流程，实现细胞与组织的大面积成像、纳米分辨率的细胞内部结构三维成像，以及光电关联显微（CLEM）研究。
冷冻电子显微镜（cryo-EM）
冷冻电子显微镜（cryo‑EM）是指一系列用于在专门设计的透射电子显微镜（cryo-TEM）中分析低温冷冻样品的技术。近年的进展（包括更先进的样品制备工具、探测器以及分析计算算法）已经使得通过 cryo-EM 解析三维结构达到原子分辨率。
虽然 cryo‑EM 有时会被用来指代最常见的单颗粒分析技术（Single Particle Analysis, SPA），但在 cryo‑TEM 中实际上还可开展一系列分析方法，包括冷冻电子断层成像（cryo-electron tomography）和微晶电子衍射（microcrystal electron diffraction）等。
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