低温电子显微镜技术简介及其在生命科学中的应用

电子显微镜技术在生命科学中的应用已有60多年的历史，给生命科学中的形态结构研究带来了一场革命。突触的发现就是一个典型的例子，它结束了从19世纪末到20世纪50年代长达一个世纪的关于神经元之间是否存在直接联系的争论。

生命科学的常规电镜技术需要用甲醛、戊二醛等化学试剂对样品进行化学固定，但化学固定有以下三个缺点:

1，固定过程至少需要几分钟，但体内很多生理过程都很短暂，只持续几秒甚至几毫秒，比如神经元突触小泡中神经递质的释放。这些生理过程的形态变化和特征是传统的化学固定方法无法捕捉的，而植物细胞有细胞壁，线虫等昆虫体表有几丁质，化学固定剂难以渗透，严重影响固定效果；

2.包埋前需要用酒精等有机溶剂对样品进行脱水处理，这会使细胞和组织发生收缩，改变其形态和大小；

3.化学固定剂，尤其是戊二醛，会引起蛋白质变性，改变蛋白质抗原的特性，降低甚至丧失其与相应抗体的结合能力，导致电镜免疫组化染色失败。

冷冻电子显微镜简介:

Cryo-SEM用于扫描电子显微镜，可以直接观察液体、半液体以及对电子束敏感的样品，如生物、高分子材料等。

样品经超低温冷冻、破碎、镀膜(喷金/喷碳)制备后，通过冷冻透射系统放入电子显微镜的冷台(温度可达-185℃)进行观察。其中，速冻技术可以使水在低温下呈玻璃状，减少冰晶的产生，从而不影响样品本身的结构，冷冻传输系统保证了样品在低温下可以被电子显微镜观察到。

利用冷冻电镜技术和自主研发的冷冻光电相关显微成像技术，准确区分了中枢神经系统中最重要的两种突触——兴奋性和抑制性突触，并对其结构特征进行了定量分析。将大鼠海马神经元培养在冷冻电镜的异形载体网上，快速冷冻并直接成像，获得了一系列接近生理状态的完整突触三维结构。