作者：簡萬能(中研院植物暨微生物研究所)
電子顯微鏡是以電子束作為光源的顯微鏡，就像光學顯微鏡是以光束作為光源的顯微鏡一樣的道理。地球的物質是由各種元素所組成，而元素是由原子核(內有質子和中子)與圍繞的電子所構成，電子非常小，但是它帶有負電能量。由於電子帶負電能量，可受磁場的影像，因此電子顯微鏡中導引電子束為「電磁透鏡」，就像光學顯微鏡中導引光束的是「玻璃透鏡」一樣。
電子顯微鏡是一個龐大的家族，但一般生物用的主要有兩種：掃描式與穿透式電子顯微鏡。掃描式電子顯微鏡是用來觀察生物樣品的外部形態，而穿透式電子顯微鏡則是通常用來觀察生物樣品的內部結構。
來說說這兩種電子顯微鏡的成像原理，首先是掃描式電子顯微鏡。記得上面說過的立體顯微鏡嗎？光線照在欲觀察的生物體，反射光經物鏡與目鏡，然後到我們的眼睛。而掃描式電子顯微鏡是電子束經聚光鏡形成一個小點然後打在生物樣品上面，此時會生成兩種訊號，淺層的二次電子(secondary electron, 簡稱SE)訊號與較深層的背向散射電子(backscattered electrron, 簡稱BSE)訊號。
二次電子如何產生呢？當電子束打在樣品上，樣品因吸收能量而造成「樣品本身電子」溢出，此溢出的電子即為二次電子。舉例說明吧！玩過打彈珠嗎？一顆行進的彈珠(A)打到一顆靜止的彈珠(B)，結果彈珠A留在彈珠B的位置，彈珠B則滾走，這個現象是為非彈性碰撞。因非彈性碰撞而離開樣品的「非彈性散射電子」即為二次電子，而此A電子入B電子走的現象，為四種非彈性散射電子產生方式之一。產生的二次電子因帶有微負電，它會受到高壓正電的吸引，而位於側邊的二次電子感測器具有一萬二千伏特的正電，所以二次電子會去撞擊感測器而產生一個光點，再藉由光電倍增管放大。點點點形成線，線線線形成面，所以稱掃描式電子顯微鏡。而來自淺層的二次電子成像與電子束於表面投射的面積高度相關，於斜面上釋出的二次電子較多訊號較強，因此可提供表面高低起伏的形態樣貌資訊。
而背向散射電子是入射的電子束打在樣品上發生了彈性碰撞，反彈而離開樣品表面的「入射電子」。原子核(具質子與中子)上，因為電子與原子核質量差距太多，就像拿桌球去丟鉛球一樣，電子會反彈，這稱為彈性碰撞。當一個元素原子序越高，原子核質子越多，帶正電性越強，可以影響入射的電子就越多，反彈的電子也越多，位於樣品正上方的背向散射電子感測器就收到更多的訊號，影像就越亮。相對的，若原子序較低，影響入射的電子就較少，反彈的電子也較少，則影像較暗。如此可以由影像的亮度，來判讀樣品中不同元素的差異。
穿透式電子顯微鏡的成像原理是電子束打在樣品上，由於樣品組成不同，對電子束阻礙亦不同，因而造成某些區域電子穿透多，某些區域電子穿透少。電子具有能量，因此穿透多的電子打在螢光板上，會釋出較多的螢光，較亮；穿透少的電子打在螢光板上，會釋出較少的螢光，較暗。亮暗之間會有對比，因而形成影像。
