透射电子显微镜（简称透射电镜）作为高端科学仪器设备，能够轻松的察看样品内部结构，比光学显微镜所能够察看到的最小的结构至少小数万倍。其普遍应用于资料科学、半导体和生命科学等范畴。这些应用范畴是应用不同类型的透射电镜予以表征，资料科学范畴主要是应用钨灯丝&六硼化镧透射电镜、场发射透射电镜和球差透射电镜等类型的透射电镜用于表征，半导体主要是应用自动化水平高的场发射透射电镜和球差透射电镜，而生命科学范畴主要应用的是钨灯丝&六硼化镧透射电镜和场发射冷冻透射电镜。 其中生命科学是当今全球范围内十分受关注的基础自然科学，它是研讨生命现象和生命活动的实质、特征和发作、展开规律，以及各种生物生命活动与环境之间相互关系的科学。透射电镜已能把生命科学的微观察看拓展到纳米级的水平，极大的促进生命科学范畴的研讨与展开。本文也主要着重讨论透射电镜在生命科学范畴的应用，下面经过举例阐明。 (1) 透射电镜在植物学中的应用 植物学主要研讨的是植物的形态、散布、遗传、进化等。其研讨的目的是为了更好的能应用、开发、改造，以及维护植物资源。植物的生长与人类的生活息息相关，近年来，越来越多的科学家应用透射电镜察看研讨植物的花粉、茎、叶、根、果实等组织细胞的结构。例如，植物的形态发育过程中内部结构的变更，组织细胞的分化与生长发育的过程，探求植物结构和对应功用的关系等。植物在生长过程中，也经常会受一些病原物的危害，例如植物的叶组织坏死，构成叶斑呈现；植物的输导组织被病菌侵染，招致植物萎蔫和枯萎；叶绿素合成代谢被破坏，构成植株缺绿等。而应用透射电镜能够对植物学和病原物中止微观研讨，探求出植物学中的现象及规律，进而有助于人类改善植物的抗病害才干，能够为经济作物进步栽培技术提供依据，进步产率。 众所周知，光协作用关于人类和植物来说都很重要。光协作用是指绿色植物应用叶绿素等光合色素，在可见光的映照下，吸收光能，把二氧化碳和水转化为富能有机物，并释放氧气的过程。光协作用有三大功用：一是能够能量转换，能把太阳能转变为化学能；二是能够将无机物变成有机物，完成物质转化；三是调理大气，促进生物圈的碳氧均衡。2020年，中科院植物所和浙江大学协作，应用冷冻透射电镜解析绿硫细菌光协作用反响中心原子结构，这项成果关于进一步探求光协作用反响中心的进化具有重要的科学意义，并被刊登在国际顶级杂志《科学》上。而且，学者们未来有望经过人工模仿光协作用机制、仿生设计光敏器件；改造植物光反响系统、进步太阳能应用率，从而进步农作物产量，缓解日益突出的粮食和能源问题。
绿硫细菌光协作用系统及内周捕光天线-反响中心复合体结构模型（来源：文中所提的文章） (2) 透射电镜在超微结构诊断学中的应用 超微结构诊断又称电镜诊断，生物体发作疾病都会招致细胞发作形态和功用上的改动，借助于透射电镜对病变区细胞的形貌剖析和三维重构解析，能够为疾病诊断提供有力依据，避免构成误诊、漏诊，辅佐人们早诊断发现疾病，正确治疗。在肾脏疾病中，由于各种肾病的超微结构病变各具特性，肾活检的病理诊断较其他疾病的病理诊断愈加的复杂，电镜检查、免疫荧光、光镜是肾活检中不可或缺的组成部分。特别是透射电镜的检查，在肾小球疾病诊断中的作用越来越遭到注重，经过透射电镜能够察看到肾小球基底膜的厚度和结构，以及其上皮细胞足突外形等，这些都是重要的诊断依据。与此同时，透射电镜关于研讨疾病、散布及发病率等在超微结构诊断学中同样发挥着无足轻重的作用。 (3) 透射电镜在病毒研讨方面的应用 病毒作为一种病原体通常体积较小，传统的光学显微镜常常难以满足其形态观测的需求，而高分辨率的透射电镜成为了当前病毒学研讨的一个重要伎俩，能够用来发现病毒，研讨病毒的结构和成分，也为病毒的形貌提供直观的依据。在近几年的抢手话题“新冠肺炎”中，透射电镜起到了辅佐人类察看新冠病毒的形态的审定作用。在实验室中，灭活新冠病毒在冷冻透射电镜下，一览无余。清华大学生命学院李赛研讨员课题组和浙江大学医学院隶属第一医院传染病诊治国度重点实验室李兰娟院士课题组紧密协作，应用冷冻电镜断层成像和子断层平均重构技术胜利解析了新冠病毒（SARS-CoV-2）全病毒三维结构，这一重要研讨成果于北京时间2020年9月15日以“新冠病毒的全分子结构”（Molecular architecture of the SARS-CoV-2 virus）为题在国际权威学术期刊《细胞》杂志上在线发表。这项研讨初次解析了新冠病毒全病毒的高分辨率分子结构，使世界对新冠病毒的认识更近一步，有助于进一步设计药物阻断病毒入侵。透射电镜辅佐人类认识病毒的微观世界，为人类的科研及生活效劳提供支持。
真实的新冠病毒全病毒内外结构图（来源：李赛） 随着生命科学范畴的展开，冷冻透射电镜将起到越来越大的作用。冷冻透射电镜就是在传统的透射电镜的技术基础上，搭配低温传输系统和冷冻防污染系统。冷冻透射电镜的降生关于生命科学范畴的研讨具有反动性的影响。瑞典皇家科学院将2017年诺贝尔化学奖颁给发明冷冻电镜的三位学者：哥伦比亚大学教授约阿基姆·弗兰克（Joachim Frank）、英国剑桥大学生物学家和生物物理学家理查德·亨德森（Richard Henderson）以及瑞士洛桑大学生物物理学荣誉教授雅克·杜波切特（Jacques Dubochet）。诺贝尔奖评选委员会说“科学发现常常树立在对肉眼看不见的微观世界中止胜利显像的基础之上，但是在很长时间里，已有的显微技术无法充沛展示分子生命周期全过程，在生物化学图谱上留下很多空白，而低温冷冻电子显微镜将生物化学带入了一个新时期。”
左起依次为雅克·杜波切特、约阿希姆·弗兰克和理查德·亨德森 冷冻透射电镜主要用户是高校院所、生命科学研讨机构、医院等，中国近几年的需求量在不时加大。在消费方面，目前冷冻透射电镜市场较为集中，简直完整被欧美和日本的厂商所垄断。我国尚未完成该产品的国产化，未来冷冻透射电镜在我国展开空间较大。 （1) 从全球冷冻电镜市场上看 全球冷冻电镜市场销售额在2021年抵达了3.8亿美圆，估量销售额在2028年将抵达5.9亿美圆，年复合增长率（CAGR）为5.7%（2022-2028）。市场价值在2021年为7.3亿美圆，估量到 2029 年，市场价值将增长到14.1亿美圆。
来源：智银全球项目数据库。 （2) 从中国冷冻电镜市场上看 2009年清华大学开端鼎力展开冷冻电镜的研讨，购入亚洲首台冷冻电镜。随后又购入两台Titan型号冷冻电镜。目前，清华冷冻电镜平台共有十多台设备，包含4台300kV的高端设备。 2018年南方科技大学冷冻电镜中心正式成立，该中心项目总投资为3.93亿元，拟装置300kV冷冻电镜6台，200kV冷冻电镜2台，120kV电镜2台，共计10台冷冻透射电子显微镜及其它71台/套相关辅助仪器和样品制备设备，成为全球最大的三个冷冻电镜中心之一。 2021年多模态跨尺度生物医学成像设备项目采购了5套冷冻电镜，山东大学冷冻电镜中心树立项目购入了2套冷冻电镜。2021年中国总采购冷冻电镜10套，总金额约3.1亿元。2022年中国冷冻电镜的采购量上升到17台，总金额超7亿元。 近十余年里，中科院生物物理所、上海蛋白质中心、北京大学、复旦大学、上海科技大学、四川大学、浙江大学等多家高校与科研机构都纷繁引进高端冷冻电镜。中国已具有的冷冻电镜超越了60台，我国科学家们也经过冷冻电镜取得了令世界注目的科研成果，好比科学家程亦凡教授，初次应用冷冻电镜技术，解析了近原子分辨率膜蛋白结构；湖南师范大学的刘红荣教授和清华大学的程凌鹏教授协作提示病毒内部三维结构……但从冷冻电镜制造层面上来看，中国还没有能够制造冷冻电镜的才干。
透射电镜作为高端科研仪器设备，增强研制开发，完成自主创新，契合了国度久远展开的需求。随着国度的展开壮大，科研条件的请求逐步进步，透射电镜的应用会逐步普遍化，例如应用透射电镜研发半导体芯片、碳纳米管、石墨烯、锂电池……特别是冷冻透射电镜技术和分辨率的提升，抑止了传统电镜技术的真空环境、电子辐照等问题，极大的促进了人类对生命科学未知区域的探求。 十四五规划中明白指出“制定实施战略性科学计划和科学工程，推进科研院所、高校、企业科研力气优化配置和资源共享。增强高端科研仪器设备研发制造”。 针对目前国际贸易战，技术壁垒，中国企业应该增强科研仪器设备技术创新，突破兴隆国度技术垄断，早日完成透射电镜国产化！ |
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