生物透射电镜(TEM)观察细胞超微结构

　　生物透射电镜(TEM)是观察细胞超微结构(ultrastructure)的核心技术，它能够揭示光学显微镜无法分辨的细胞内部精细构造，如细胞器、膜系统和生物大分子复合物等。

　　工作原理

　　透射电镜使用电子束代替可见光作为“光源”，利用电磁透镜代替玻璃透镜进行聚焦和成像。其基本工作原理如下：

　　电子束穿透：电子枪发射的高速电子束穿透非常薄的生物样品。

　　散射与成像：当电子束穿过样品时，会与样品中的原子发生相互作用。样品中密度较高或原子序数较大的区域会散射更多的电子，导致穿透的电子减少;反之，密度较低的区域散射的电子较少，穿透的电子较多。

　　图像形成：穿透样品的电子经过物镜、投影镜等电磁透镜系统放大后，z终投射到荧光屏或探测器上形成图像。因此，图像呈现的是样品内部不同结构对电子散射能力差异的二维投影。

　　样品制备

　　由于电子束穿透力弱且需要在高真空环境中工作，生物样品必须经过一系列复杂而精细的制备过程。

　　取材与固定：获取新鲜组织(通常小于1mm³)，并立即使用化学固定剂(如戊二醛和四氧化锇)进行双重固定，以z大限度地保持细胞在生命活动时的原始结构。

　　脱水与包埋：使用梯度浓度的乙醇或丙酮脱去样品中的水分，然后用树脂(如环氧树脂)浸透并聚合，形成坚硬的包埋块，以便进行超薄切片。

　　超薄切片：使用配备玻璃刀或钻石刀的超薄切片机，将包埋块切成厚度仅为50-100纳米(nm)的超薄切片，这大约是细胞厚度的1/200。切片随后被捞在金属载网(通常是铜网)上。

　　电子染色：使用重金属盐(如醋酸铀和柠檬酸铅)对切片进行染色。这些重金属离子能与细胞内的不同成分(如核酸、蛋白质、脂质)特异性结合，增加其对电子的散射能力，从而在图像中产生明暗反差。

　　图像解读

　　在透射电镜照片中，图像由不同深浅的灰色构成，通常被称为“黑白世界”。

　　电子密度高 (Electron-dense)：图像中颜色深暗的区域。这表示该结构散射了大量电子，通常是因为其本身密度大或与重金属染色剂结合能力强。例如，细胞核中的异染色质、核糖体等。

　　电子密度低 (Electron-lucent)：图像中颜色明亮的区域。这表示该结构散射的电子较少，电子容易穿透。例如，细胞质基质、脂滴等。

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