电子显微镜技术：从细胞内部到表面结构的微观世界

电子显微镜技术：从细胞内部到表面结构的微观世界

电子显微镜是现代生物医学研究中不可或缺的重要工具，它通过电子束的照射和电磁透镜的放大，能够观察到细胞内部的超微结构。本文将为您介绍电子显微镜的基本原理、两种主要类型及其在医学领域的应用。

一、透射式电镜（TEM）

透射式电镜主要用于观察细胞内部的微细结构。由于电子的穿透力较弱，因此用于透射电镜观察的标本必须切成50-100nm的超薄切片。换句话说，一个细胞要被切成100-200个薄片才适于在透射电镜下观察。

超薄切片术是最基本的电镜样品制备技术，其基本过程包括取材、固定、漂洗、脱水、渗透与聚合、切片和染色等多个环节。为了获得理想的超薄切片，操作者必须认真对待每一步骤，任何环节的疏忽都可能导致制样的失败。

合格的超薄切片样品应该达到以下基本要求：

1. 切片的厚度应在50nm左右，不能超过100nm，以获得较高的分辨率和较高的反差；
2. 切片应能耐受电子束的强烈照射而不发生破裂、变形；
3. 细胞超微结构保持良好，没有明显的物质凝聚和丢失。

电子显微镜技术使病理学对疾病的认识，从组织细胞的光镜水平深入到细胞内的超微结构水平。在疾病的病理诊断中，电镜主要用于肾脏的细针穿刺活检标本，来进行肾小球肾炎的分型。在肿瘤诊断中，电镜在确定肿瘤细胞的组织发生、类型和分化程度上起着重要作用。其方法包括负染色技术、冷冻蚀刻技术、电镜细胞化学技术、电镜X射线显微分析技术、电镜放射自显影技术等，在疾病的研究中已得到广泛的应用。

左图：食管癌细胞奇异形核；右图：食管癌细胞系扫描电镜图

二、扫描式电镜（SEM）

扫描电子显微镜是用聚得很细的电子束流照射要检测的样品表面。由于电子束与样品的相互作用产生各种信息，然后通过不同的检测器接收相应的信息，经过处理后显示出样品的各种特征。

扫描电镜具有以下特点：

1. 能够直接观察样品表面的结构；
2. 样品制备过程简单，不用切成超薄切片；
3. 可以从各种角度对样品进行观察；
4. 景深大，图像富有立体感；
5. 图像的放大范围广，分辨率也比较高；
6. 电子束对样品的损伤与污染程度较小；
7. 在观察形貌的同时，还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。

采用冷冻树脂割断法将细胞打开，可以观察到细胞的内部结构。用铸型技术研究空腔脏器，尤其是血管系统复杂的立体分布。还可用盐酸化学消化法观察细胞的基底面及深层细胞表面结构。