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其原理与光学显微镜相似，但用电子射线代替光线，用可变电磁场产生的电磁透镜代替光学透镜以得到微细结构的放大像的机器。假如单说电子显微镜，这是指电子射线透射式电子显微镜。由于电子射线的波长比可见光的波长短得多，所以它能达到光学显微镜达不到的高分辨能力（现在为小于 0.2纳米）。另外随着电子显微镜分辨率的提高，超薄切片技术和电子染色技术也发展起来了。因此病毒、细菌或高等生物的细胞微细结构的研究，甚至 DNA和 RNA分子等高分子的结构研究都取得了飞跃发展，开辟了新的研究领域。由于电子射线的透性是有限的，所以透过型电子显微镜只能观察极薄材料的透射像。
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