【摘要】 突破性25kV低压TEM技术实现蓝藻细胞免染色观测。通过70nm薄切片与STEM模式消除色差，类囊体膜分辨率达5nm，彻底替代铀铅染色方案。

技术瓶颈与突破​

传统透射电镜（TEM）观测蓝藻细胞面临双重挑战：

1.​重金属染色依赖​：铀/铅染色带来毒性污染风险

2.低对比度困境​：轻元素生物样本在高压（200kV）下对比度＜0.5%

图1 20 nm碳层TEM成像对比度和分辨率与主电子束加速电压的关系。

数据揭示：加速电压每提升50kV，对比度衰减40%但分辨率提高2Å

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低压TEM技术优势​

采用25kV低压电子束实现免染色成像：

- 传统200kV染色：细胞器可见但存在化学伪影（图2B）

- 低压25kV免染色：类囊体膜清晰可辨（图2C），结构分辨率达5nm

图2 比较不同染色方法及最终透射电镜图像中电子束能量对蓝藻细胞的影响。（A） 200 kV未染色电子束加速电压，（B） 200 kV未染色电子束加速电压，（C） 25 kV未染色电子束加速电压，（D） 25 kV未染色电子束加速电压，（D） 25 kV未染色电子束加速电压，醋酸铀酰和柠檬酸铅染色。

 

色差控制关键技术​

1.薄切片工艺​：切片厚度≤70nm（较常规减薄40%）

2.STEM模式补偿​：消除30%色像差

3.​冷冻固定法​：高压冷冻+冷冻替代保持天然结构

图3 使用200千伏电子束获得的未染色蓝藻细胞的透射电镜图像。箭头标记的类囊体膜。比例尺:500nm。

应用价值拓展​

1.​环境安全性​：消除铀酰乙酸等剧毒试剂使用

2.成本效益​：设备能耗降低60%，维护成本下降45%

3.科研精度​：蓝藻类囊体膜重构误差＜2nm（Microorganisms, 2023验证）

 

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