在大多數(shù)傳統(tǒng)電子顯微鏡用戶的印象中，電子顯微鏡只收集二維圖像。事實(shí)上，隨著電子顯微技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的電子顯微鏡技術(shù)手段可以幫助我們獲得細(xì)胞、細(xì)胞和生物大分子的三維空間信息，這是生命活動(dòng)的前提。本文將簡(jiǎn)要介紹幾種電子顯微鏡三維成像技術(shù)，幫助生命科學(xué)電子顯微鏡客戶了解哪些技術(shù)可以提高他們的科學(xué)研究。后續(xù)我們將準(zhǔn)備一系列文章，詳細(xì)介紹每種技術(shù)及其應(yīng)用。

　　單顆冷凍電鏡三維重構(gòu)技術(shù)(Single-ParticleAnalysis,SPA)

　　單顆粒技術(shù)通過(guò)冷凍透射鏡獲得顆粒生物大分子樣品的二維投影圖像。這些二維投影可以通過(guò)圖像處理和三維重構(gòu)獲得高分辨率的三維結(jié)構(gòu)，如定位、中心確定和信號(hào)疊加。單顆粒技術(shù)的主要研究對(duì)象包括大分子復(fù)合物、膜蛋白、病毒等難以結(jié)晶的生物大分子。樣品大小包括幾納米到幾百納米，可獲得近原子分辨率(~3A)、即使是精細(xì)結(jié)構(gòu)的原子分辨率。

　　電子斷層成像技術(shù)(ElectronTomography,ET)

　　電子斷層成像技術(shù)通過(guò)透射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)樣品桿，從不同角度獲得厚度為100~300nm的半薄切片或冷凍樣品圖像，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)處理獲得3D圖像。電子斷層成像技術(shù)的研究規(guī)模非常廣泛，適合研究亞細(xì)胞水平的細(xì)胞器具的常規(guī)半薄切片電子斷層成像;冷凍電子斷層成像技術(shù)與冷凍電子鏡技術(shù)相結(jié)合(cryo-electrontomography,Cryo-ET)，可以深入研究分子水平的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，也可以觀察細(xì)菌、病毒等微生物、線粒體等有膜細(xì)胞器、相分離形成的無(wú)膜細(xì)胞器、脂質(zhì)體、外泌體等。結(jié)合系列切片電子斷層成像技術(shù)，連續(xù)超/半切片。(serialsectionelectrontomography,ssET)，能研究細(xì)胞、細(xì)胞與細(xì)胞之間的關(guān)系等大規(guī)模生物結(jié)構(gòu)。

　　連續(xù)切片透射電鏡技術(shù)(serialsectionTransmissionelectronmicroscope,ssTEM)

　　持續(xù)切片透射電鏡技術(shù)利用超薄切片機(jī)持續(xù)切割樣品，獲得連續(xù)的超薄切片或半薄切片，將切片排列在電鏡載網(wǎng)上，用透射電鏡拍攝每個(gè)切片上相應(yīng)感興趣的區(qū)域。收集的序列圖像通過(guò)計(jì)算機(jī)處理重構(gòu)為3D圖像。

　　連續(xù)超薄切片掃描電鏡成像技術(shù)(serialsectionScanningelectronmicroscopy,ssSEM)

　　連續(xù)超薄切片掃描電鏡成像技術(shù)使用連續(xù)切片機(jī)連續(xù)超薄切片嵌入樹脂的生物樣品，并用收集帶收集，然后將收集帶粘貼在硅片上，或者直接用硅片收集連續(xù)切片。然后在掃描電鏡中收集目標(biāo)區(qū)域的序列圖像。收集的序列圖像通過(guò)計(jì)算機(jī)處理重構(gòu)為3D圖像。目前，該技術(shù)已用于研究各種大腦神經(jīng)連接或其他大規(guī)模納米分辨率的3D結(jié)構(gòu)，如鼠標(biāo)大腦皮層、鼠標(biāo)下丘腦、斑馬魚和整個(gè)線蟲。

　　聚焦離子束切面掃描電鏡成像技術(shù)(FocusIonBeamScanningElectronMicroscopy,FIB-SEM)

　　聚焦離子束截面掃描電子顯示器成像技術(shù)采用聚焦離子束/電子束雙束掃描電子顯示器。其中，聚焦離子束系統(tǒng)可以在電子顯示器內(nèi)部切割埋有樹脂的生物樣品，顯示目標(biāo)樣品感興趣的區(qū)域。通過(guò)使用電子束顯示樣品感興趣的區(qū)域，可以獲得該位置樣品的圖像信息。顯示后，離子束繼續(xù)根據(jù)預(yù)設(shè)深度切割樣品，顯示下一個(gè)感興趣的區(qū)域并進(jìn)行繪圖。通過(guò)重復(fù)這個(gè)過(guò)程，可以獲得一系列與切割深度相關(guān)的圖像。這些圖像包含了樣品在整個(gè)切割體積中的信息，收集的序列圖像通過(guò)三維計(jì)算。FIB-亞細(xì)胞尺度的研究主要用于SEM。

　　表面掃描系列電鏡三維成像技術(shù)(SerialBlock-FaceScanningElectronMicroscopy,SBF-SEM)

　　埋在樹脂中的生物樣品整個(gè)埋塊裝入內(nèi)置特殊切片機(jī)的掃描電鏡中。切片機(jī)在電子顯微鏡內(nèi)部切割埋塊，直到樣品感興趣的區(qū)域暴露出來(lái)。電子束顯示樣品，獲取該層樣品的信息。然后，切片機(jī)繼續(xù)根據(jù)預(yù)設(shè)深度進(jìn)行切割，露出下一個(gè)樣品并顯示出來(lái)。通過(guò)重復(fù)這個(gè)過(guò)程，可以獲得各個(gè)深層的一系列樣品。收集的序列圖像通過(guò)計(jì)算機(jī)處理重構(gòu)為3D圖像。