编织管嗯，这是⼀篇关于冷冻电镜的⼲货！热敏打印机芯
冷冻电⼦显微镜技术（cryo-electron microscopy）简称冷冻电镜。 冷冻电镜，是⽤于扫描电镜的超低温冷冻制样及传输技术(Cryo-SEM)，可实现直接观察液体、半液体及对电⼦束敏感的样品，如⽣物、⾼分⼦材料等。样品经过超低温冷冻、断裂、镀膜制样（喷⾦/喷碳）等处理后，通过冷冻传输系统放⼊电镜内的冷台（温度可⾄-185℃）即可进⾏观察。冷冻电镜中的冷冻技术可以瞬间冷冻样品，并在冷冻状态下保持和转移，使样品最⼤限度保持原来性状，得出的数据更准确，实验成功率才更⾼。 2、冷冻电镜的分类
⽬前我们讨论的冷冻电镜基本上指的是冷冻透射电⼦显微镜，但是如果我们可以使⽤冷冻技术的⾓度定义冷冻电镜的话，冷冻电镜主要可以分为冷冻透射电⼦显微镜、冷冻扫描电⼦显微镜、冷冻刻蚀电⼦显微镜。
2.1冷冻透射电⼦显微镜
冷冻透射电镜（Cryo-TEM）通常在普通透射电镜上加装样品冷冻台，将样品冷却到液氮温度（77K）。⽤于观测蛋⽩、⽣物切⽚等对温度敏感的样品。通过对样品的冷冻，可以降低电⼦束对样品的损伤，减⼩样品的形变，从⽽得到真实的样品形貌。
⼀台冷冻透射电镜的价格在600万美元左右，价格及其昂贵，它的优点主要体现在以下⼏个⽅⾯：第⼀是加速电压⾼，电⼦穿透厚样品；第⼆是透镜多，光学性能好；第三是样品台稳定；第四是全⾃动，⾃动换液氮，⾃动换样品，⾃动维持清洁。
2.2冷冻扫描电⼦显微镜
扫描电镜⼯作者都⾯临着⼀个不能回避的事实，就是所有⽣命科学以及许多材料科学的样品都含有液体成分。很多动植物组织的含⽔量达到98%，这是扫描电镜⼯作者最难对付的样品问题。
冷冻扫描电镜（Cryo-SEM）技术是克服样品含⽔问题的⼀个快速、可靠和有效的⽅法。这种技术还被⼴泛地⽤于观察⼀些“困难”样品，如那些对电⼦束敏感的具有不稳定性的样品。各种⾼压模式如VP、LV和ESEM的出现，已允许扫描电镜观察未经冷冻和⼲燥的样品。但是，冷冻扫描电镜仍然是防⽌样品丢失⽔分的最有效⽅法，它能应⽤于任何真空状态，包括装于SEM的Peltier台以及向样品室内冲以⽔汽的装置。冷冻扫描电镜还有⼀些其他优点，如具有冷冻断裂的能⼒以及可以通过控制样品升华刻蚀来选择性地去除表⾯⽔分（冰）等。冷冻电镜基本的观测流程如下图2.1所⽰：
2.3冷冻刻蚀电⼦显微镜
HD-PRIDE冷冻蚀刻（Freeze-etching）电镜技术是从50年代开始发展起来的⼀种将断裂和复型相结合的制备透射电镜样品技术，亦称冷冻断裂（Freeze-fracture）或冷冻复型（Freeze-replica），⽤于细胞⽣物学等领域的显微结构研究。 冷冻蚀刻电镜的优点：①样品通过冷冻，可使其微细结构接近于活体状态；②样品经冷冻断裂蚀刻后，能够观察到不同劈裂⾯的微细结构，进⽽可研究细胞内的膜性结构及内含物结构；③冷冻蚀刻的样品，经铂、碳喷镀⽽制备的复型膜，具有很强的⽴体感且能耐受电⼦束轰击和长期保存。缺点：冷冻也可造成样品的⼈为损伤；断裂⾯多产⽣在样品结构最脆弱的部位，⽆法有⽬的地选择。
断裂
蚀刻
3、冷冻电镜的原理
冷冻电⼦显微学解析⽣物⼤分⼦及细胞结构的核⼼是透射电⼦显微镜成像，其过程包括样品制
样品制备、透射电⼦显微成像、图像处理及结构解析等⼏个步骤（图3.1）。样品经过在液氮中的冷备、透射电⼦显微成像、图像处理及结构解析
冻固定，使得⽣物⼤分⼦中的⽔分⼦以玻璃态的形式存在，保持低温，将样品放⼊显微镜，⾼度相⼲的电⼦作为光源从上⾯照射下来，透过样品和附近的冰层，受到散射，利⽤探测器和透镜系统把散射的信号成像记录下来，在进⾏信号处理，最后利⽤三维重构技术得到样品的三维结构。
图3.1冷冻电镜解析过程及基本步骤
透射电⼦显微镜成像过程中，电⼦束穿透样品，将样品的三维电势密度分布函数沿着电⼦束的传播⽅向投影⾄与传播⽅向垂直的⼆维平⾯上。
运⽤中⼼截⾯定理，从⽽可以通过三维物体不同⾓度的⼆维投影在计算进内进⾏三维重构来解析获得物体的三维结构。
4、冷冻电镜在材料学上的应⽤
1975年，亨德森利⽤电⼦显微镜的⽅法，发表出来第⼀个⾮常粗糙的视紫红质蛋⽩结构，成为历史上第⼀张膜蛋⽩领域的三维结构。2017年10⽉4⽇，瑞⼠洛桑⼤学的雅克杜波切特、美国哥伦⽐亚⼤学的乔基姆弗兰克和英国剑桥⼤学的理查德亨德森，因发明⽤于⽣物分⼦的⾼分辨率结构测定的冷冻电⼦显微镜获得2017年诺贝尔化学奖。这⼀消息也标志着⽣物化学进⼊了⼀个新时代。伴随着科学家的不断努⼒，冷冻电镜在结构⽣物学领域也取得的巨⼤成功。⽽随着冷冻电镜在⽣物学上的应⽤启⽰，冷冻电镜在材料科学中也开始崭露头⾓，开启了材料科学研究的⼀个新世界。
2017年10⽉27⽇，美国斯坦福⼤学崔屹（通讯作者）团队以题为“Atomic structure of sensitive battery materials and interfaces revealed by cryo–electron microscopy”的⽂章在Science上发表，该团队实现了利⽤冷冻电镜观测电池材料和界⾯原⼦结构，观察到碳酸盐基电解质中的枝晶沿着<111>（优先），<110>或<211>⽅向⽣长为单晶纳⽶线。
新功率
孟颖教授（Ying Shirley Meng）2017年11⽉1⽇，美国加州⼤学圣地亚哥分校
加州⼤学圣地亚哥分校（UCSD）的孟颖教授plc学习机
等⼈在Nano Lett.上发表了题为“New Insights on the Structure of Electrochemically Deposited Lithium Metal and Its Solid Electrolyte Interphases via Cryogenic TEM”的⽂章。⽂章同样是采取了冷冻电镜技术稳定了电化学沉积的活泼的锂⾦属，同时减少电⼦束带来的损伤，然后对其纳⽶结构、化学组成以及固态电解质界⾯进⾏了研究。
led光源模组
康奈尔⼤学的Lena F. Kourkoutis（通讯作者）课题组采⽤冷冻电镜技术观2018年8⽉15⽇，康奈尔⼤学的
察到了锂⾦属电池中界⾯膜和枝晶的纳⽶级结构并以此全⾯深⼊地理解了发⽣在该界⾯的化学科研成果以题为“Cryo-STEM mapping of solid–liquid interfaces and dendrites in 过程。其科研成果
lithium-metal batteries”的⽂章在线发表在Nature上。
随着冷冻电镜应⽤的不断涌现，其将在材料界扮演着越来越重要的⾓⾊。⼯欲善其事，必先利其器。科学实验的成功离不开科学仪器和设备的⽀撑，很多重⼤科研成果都是由于科学仪器和⽅法的突破。⼩编相信，随着冷冻电镜的不断推⼴和使⽤，不久的将来，Cryo-EM的独特魅⼒将在⽔泥材料、某些⾼分⼦材料、⽔凝胶、量⼦点等精细结构、中间态的表征中得到展现，也会在材料领域开辟出⼀⽚新的天地，帮助科学家完成更多“不可能”。
