日本島根大學研究生院自然科學研究科的石田秀樹副教授等人組成的國際聯合研究團隊，開發出了在掃描電子顯微鏡（SEM）觀測中完全不使用化學固定劑，僅通過水的冷凍乾燥製程就能很好地保存細微結構的生物樣本的觀測新手法。相關研究成果已發表在《Scientific Reports》上。
圖1：無偽影高分辨率SEM圖像
（圖為在完全不使用化學固定劑的條件下製備的淡水纖毛蟲樣本。其纖毛的同步運動（Metachronal Wave）也得到了良好保存。）（供圖：島根大學。本圖出自《Scientific Reports》刊載的論文《Artifact-free preparation of biological samples for SEM by optimized water freeze-drying》（CC BY‑NC‑ND 4.0））
SEM是觀察生物外部形態的高分辨率不可或缺的設備，但在觀察草履蟲等柔軟而脆弱的生物細胞（原生動物）時，其樣本製備過程面臨重大難題。既往採用的樣本製備方法由於使用化學固定或酒精脫水，往往會導致細胞收縮或損傷纖毛等細結構，從而產生人為結構性變化（偽影）。此外，直接冷凍乾燥含水樣品也可能因冰晶的形成而損傷細胞結構，因此該方法一直未被廣泛採用。
此次研究團隊顛覆了傳統認知，通過大幅優化水冷凍乾燥過程中的冷凍步驟，成功實現了無偽影的樣本觀察。具體而言，研究團隊將活細胞懸浮液經由PVC導管精準接觸到冷卻至零下80℃的銅塊上，並對其進行急速冷凍，從而實現了這一製備流程的標準化。這一改進將獲得無偽影樣品的成功率從原有的約10%得到顯著提升。
此外，從凍結到乾燥完成所需的時間也縮短至僅2～3小時。由此即便不具備特殊的冷凍電鏡設備，也能夠藉助乾冰和通用真空泵，以低成本且快速地實現對外部形態的高精度觀測。
該方法可在不具備專用冷凍設備的實驗室中使用，有望顯著縮短形態學研究的樣本製備時間，並大幅提升觀察精度，從而為細胞生物學、分類學等廣泛的生命科學領域作出貢獻。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Scientific Reports
論文：Artifact-free preparation of biological samples for SEM by optimized water freeze-drying
URL：doi.org/10.1038/s41598-025-30335-4
