在光學顯微鏡下無法看清小于0.2µm的細微結構，這些結構稱為亞顯微結構（submicroscopic structures）或超微結構（ultramicroscopic structures；ultrastructures）。要想看清這些結構，就必須選擇波長更短的光源，以提高顯微鏡的分辨率。1932年Ruska發明了以電子束為光源的透射電子顯微鏡（transmission electron microscope，TEM），電子束的波長要比可見光和紫外光短得多，并且電子束的波長與發射電子束的電壓平方根成反比，也就是說電壓越高波長越短。目前TEM的分辨力可達0.2nm。

    電子顯微鏡與光學顯微鏡的成像原理基本一樣，所不同的是前者用電子束作光源，用電磁場作透鏡。另外，由于電子束的穿透力很弱，因此用于電鏡的標本須制成厚度約50nm左右的超薄切片。這種切片需要用超薄切片機（ultramicrotome）制作。電子顯微鏡的放大倍數最高可達近百萬倍、由電子照明系統、電磁透鏡成像系統、真空系統、記錄系統、電源系統等5部分構成。

不同光源的波長

JEM-1011透射電子顯微鏡

    2、制樣技術

    1）超薄切片

    通常以鋨酸和戊二醛固定樣品，以環氧樹脂包埋，以熱膨脹或螺旋推進的方式推進樣品切片（圖2-13），切片厚度20~50nm，切片采用重金屬鹽染色，以增大反差。

萊卡超薄切片機

內質網透射電鏡圖（偽彩色）

    2）負染技術

    負染就是用重金屬鹽（如磷鎢酸、醋酸雙氧鈾）對鋪展在載網上的樣品進行染色；吸去染料，樣品干燥后，樣品凹陷處鋪了一薄層重金屬鹽，而凸的出地方則沒有染料沉積，從而出現負染效果（圖2-15），分辨力可達1.5nm左右。

肌動蛋白纖維的負染電鏡照片

    3）冰凍蝕刻

    冰凍蝕刻（freeze-etching）亦稱冰凍斷裂（freeze-fracture）。標本置于-100˚C的干冰或-196˚C的液氮中，進行冰凍。然后用冷刀驟然將標本斷開，升溫后，冰在真空條件下迅即升華，暴露出斷面結構，稱為蝕刻（etching）。蝕刻后，向斷面以45度角噴涂一層蒸汽鉑，再以90度角噴涂一層碳，加強反差和強度。然后用次氯酸鈉溶液消化樣品，把碳和鉑的膜剝下來，此膜即為復膜（replica）。復膜顯示出了標本蝕刻面的形態，在電鏡下得到的影像即代表標本中細胞斷裂面處的結構。

冰凍蝕刻電鏡照片