微观世界的真实定格：高压冷冻（HPF）技术开启电镜成像新维度

发表时间：2025-06-26 09:33

微观世界的真实定格：高压冷冻（HPF）技术开启电镜成像新维度

高压冷冻(HPF)技术开启电镜成像新维度

高压冷冻仪器（High-Pressure Freezing, HPF）是电子显微镜（尤其是生物电子显微技术）领域中不可或缺的样品制备设备，其通过高压快速冷冻技术，将生物样品在毫秒级时间内固定于玻璃态冰中，最大程度保留样品的天然超微结构，从而为后续的高分辨率成像提供基础。

原理介绍

高压冷冻仪的核心原理是通过施加高压（通常为2000-3000 bar）结合急速降温（冷却速率可达每秒5000度以上），抑制水分结晶，使样品中的水分直接进入玻璃化（vitrification）状态，避免传统冷冻过程中冰晶形成对细胞结构的破坏。

具体流程包括：

1. 样品加载：将生物样品（如细胞、细菌、植物或动物组织等）置于专用的金属Carriers、蓝宝石片组合夹层，或者中空铜管等容器中；如果要做活细胞光电联实验，则可选用CryoCapsule套件装载待冷冻固定的样品。

2.常温荧光成像（可选步骤）：已装载样品的CryoCapsule套件在宽场荧光显微镜或激光共聚焦显微镜拍摄活体光学照片，CryoCapCell公司的HPM Live μ高压冷冻仪可一键完成冷冻固定，从常温到玻璃化冷冻固定的时间仅需1.26秒。

3. 高压冷冻：在高压液氮对样品进行同步制冷和施压，样品急速降温，实现含水样品的玻璃化冷冻，保持样品的真实微观结构。

4. 后续处理：冷冻后的样品可通过冷冻替代、常温超薄切片等步骤进一步制备常温超薄切片，以适应常温透射电镜（TEM）观察需求；也有用户将冷冻替代的样品用于连续切片的实验。通过冷冻超薄切片或冷冻双束电镜（Cryo FIB/PFIB）制备冷冻Lamella，可用于冷冻透射电镜（Cryo EM）的2D图像拍摄或冷冻电子断层扫描成像（CryoET）。

HPM Live μ高压冷冻仪

特点与优势

高保真性：
制备的玻璃态冷冻固定样品，最大程度的保存样品细节结构，支持冷冻电镜实现原子级分辨率，尤其适用于冷冻电子断层扫描实验。

高分辨率兼容性：
避免冰晶损伤和化学固定伪影，保存样品的天然水合状态，结构保真度接近生理条件。冷冻替代的常温组织更适合观察样品高分辨率膜结构图像。
适用性广：
可处理复杂样品（如厚组织、异质性生物膜），如线虫等样品传统化学固定技术难以实现精细固定，可用高压冷冻这种物理固定技术解决。
技术协同性：
与聚焦离子束（FIB-SEM）、自动化成像系统结合，实现从样品制备到三维重构的全流程高效分析。