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*張真核細胞的電子顯微鏡圖像誕生于1945年， Ruska家族不僅開發(fā)了電子顯微鏡（EM），而且還在傳染病源（如細菌和病毒）的成像領域開創(chuàng)了先河。1949年， 人們將細胞鑲嵌在聚合物中，切成薄片，zui終獲得了細胞內部結構。

在早期的研究中，研究者們的焦點集中在細胞器上，其中線粒體和內質網被研究得非常透徹。腦組織的細胞結構也開始使用透射電子顯微鏡（TEM）來觀察。在使用透射電子顯微鏡（TEM）來進行研究期間，掃描電子顯微鏡（SEM）才剛剛開始成為觀察樣品表面形貌的工具，直到20世紀60年代和70年代才被正式運用 [1]。這篇博客提供了一些zui近在細胞生物學應用研究中涉及到掃描電鏡（SEM）的案例。

圖1：電子顯微鏡在細胞生物學研究中的應用史

圖2：飛納電鏡下的絲狀偽足

圖3：飛納電鏡下的細胞

如何使用掃描電鏡（SEM）觀察高爾基體基質蛋白對斑馬魚纖毛功能的影響

Bergen等人 [2] 給出了一個很好的例子。他們在研究中使用高爾基體基質蛋白，并使用掃描電鏡觀察其對斑馬魚纖毛功能的影響。通過掃描電鏡對嗅覺神經上皮細胞纖毛成像分析，可以證明它在兩種形態(tài)下的不同。

為了能夠用二次電子探測器對纖毛進行成像，他們必須將樣品固定在多聚甲醛中，然后逐級脫水，再使用臨界點干燥儀進行干燥，zui后進行噴金處理。

從圖像中可以看出在體內的再生表型和短干擾DNA的轉染，會導致光滑的纖毛變成球狀纖毛。因此，它們可以顯示出zui大的高爾基體基質蛋白—巨蛋白，在纖毛生成和纖毛長度的控制中起著重要作用。

如何使用掃描電鏡（SEM）觀察經過碳納米管處理后人類巨噬細胞的功能

另一個案例延伸到人體的免疫機能。Sweeney等人 [3] 觀察了經過碳納米管處理后人類巨噬細胞的功能變化。肺泡巨噬細胞能夠清除肺泡空間的外來物質（微生物或粒子），是免疫細胞防御的*道防線。

在用掃描電鏡觀察巨噬細胞之前，先用乙醇對細胞脫水，然后，在噴金前使用的容器進行封存。掃描電鏡（SEM）圖像能夠證明未經處理的巨噬細胞表面有少量的絲狀偽足和一些膜的皺褶，而處理過的巨噬細胞被激活，表面平滑并有大量的絲狀偽足。

此外，大量的巨噬細胞在嘗試吞噬作用的部位被觀察到。得出的結論是，長的碳納米管會影響巨噬細胞的功能。長的碳納米管不僅激活了它們的生物活性，還降低了吞噬細菌的能力。這一結果與短碳納米管的觀測結果相反。

希望這兩個例子能說明如何用SEM有效地對細胞生物學進行觀察。

參考文獻

[1] Is EM dead? – Knott & Genoud, Journal of Cell Science, 126, 2013.

[2] The Golgi matrix protein giantin is required for normal cilia function in zebrafish – Bergen et al., Biology open, 2017.

[3] Functional consequences for primary human alveolar macrophages following treatment with long, but not short, multiwalled carbon nanotubes – Sweeney et al., International Journal of Nanomedicine, 2015.