日本岛根大学研究生院自然科学研究科的石田秀树副教授等人组成的国际联合研究团队，开发出了在扫描电子显微镜（SEM）观测中完全不使用化学固定剂，仅通过水的冷冻干燥法就能很好地保存细微结构的生物样本的观测新手法。相关研究成果已发表在《Scientific Reports》上。
图1：无伪影高分辨率SEM图像
（图为在完全不使用化学固定剂的条件下制备的淡水纤毛虫样本。其纤毛的同步运动（Metachronal Wave）也得到了良好保存。）（供图：岛根大学。本图出自《Scientific Reports》刊载的论文《Artifact-free preparation of biological samples for SEM by optimized water freeze-drying》（CC BY‑NC‑ND 4.0））
SEM是观察生物外部形态的高分辨率不可或缺的设备，但在观察草履虫等柔软而脆弱的生物细胞（原生动物）时，其样本制备过程面临重大难题。既往采用的样本制备方法由于使用化学固定或酒精脱水，往往会导致细胞收缩或损伤纤毛等微细结构，从而产生人为结构性变化（伪影）。此外，直接冷冻干燥含水样品也可能因冰晶的形成而损伤细胞结构，因此该方法一直未被广泛采用。
此次研究团队颠覆了传统认知，通过大幅优化水冷冻干燥过程中的冷冻步骤，成功实现了无伪影的样本观察。具体而言，研究团队将活细胞悬浮液经由PVC导管精准接触到冷却至零下80℃的铜块上，并对其进行急速冷冻，从而实现了这一制备流程的标准化。这一改进将获得无伪影样品的成功率从原有的约10%得到显著提升。
此外，从冻结到干燥完成所需的时间也缩短至仅2～3小时。由此即便不具备特殊的冷冻电镜设备，也能够借助干冰和通用真空泵，以低成本且快速地实现对外部形态的高精度观测。
该方法可在不具备专用冷冻设备的实验室中使用，有望显著缩短形态学研究的样本制备时间，并大幅提升观察精度，从而为细胞生物学、分类学等广泛的生命科学领域作出贡献。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Scientific Reports
论文：Artifact-free preparation of biological samples for SEM by optimized water freeze-drying
URL：doi.org/10.1038/s41598-025-30335-4
