醫學生學習透射電子顯微鏡生物制樣技術必要性研究

摘 "要 "透射電子顯微鏡是醫學院校利用率較高的大型儀器設備之一，由于設備昂貴、對制樣技術要求較高等原因，現主要被用于科研工作。為提高醫學生的專業素養和科研能力，在對外開放實驗教學中開展透射電子顯微鏡生物制樣技術的學習，通過課堂示教、集體觀摩等方式，讓學生掌握生物制樣過程、制樣要點、在實際工作中的意義等，為醫學生步入臨床和科研工作打下基礎，也為大型儀器設備進入醫學生實驗教學提供經驗交流。

關鍵詞 "醫學生；透射電子顯微鏡；透射電鏡生物制樣技術；實驗教學

中圖分類號：G642.423 " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）13-0143-03

0 "引言

隨著我國高等教育的持續發展和科技水平的不斷提升，越來越多的大型精密儀器被投入高校和科研院所，其中透射電子顯微鏡在醫學、材料科學、化工、紡織、物理、生命科學等學科領域發揮著重要作用。透射電子顯微鏡簡稱透射電鏡，是人們探究微觀世界的大型儀器之一。

1 "我國電子顯微鏡的發展

我國電子顯微鏡的研制開始于20世紀50年代，第一臺中型透射電鏡于1958年由中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研制成功，分辨率為10 nm，加速電壓50 kV，是當時我國的重大科技成果。1959年，大型透射電鏡研制成功，性能進一步提高，放大倍數10萬倍，加速電壓達到100 kV，分辨率

2.5 nm。1980年研制的DX-4透射電鏡，分辨率已達到0.3 nm，放大倍率為60萬倍[1-2]。隨著技術水平的不斷提高，現在的透射電鏡分辨率已達0.1～

0.3 nm，最大放大倍率達到150萬倍以上。目前電鏡的種類，除了常見的透射電鏡（TEM）、掃描電鏡（SEM）外，還有超高壓電鏡（UVEM）、反射式電鏡（REM）和分析電鏡（AEM）等。電鏡迅速發展的同時，電鏡技術也得到不斷發展，在常規超薄切片技術的基礎上出現冷凍復型技術、電鏡細胞化學技術、免疫電鏡技術、負染色技術、電鏡放射自顯影技術、冷凍制樣技術[3]等，由此也推動多學科發展。

2 "透射電鏡生物制樣技術實驗教學內容

通過學院教務系統申報透射電鏡生物制樣技術實驗教學的上課時間和學生數（為保證實驗教學質量，限制20人之內），由學生自愿申報，學生負責人聯系教師，報告具體人數和學生名單。授課教師帶領學生參觀透射電鏡實驗室，向學生介紹透射電鏡的發展現狀、設備構造、工作原理、主要參數以及應用領域等相關理論知識，介紹生物制樣技術在科研工作中發揮的作用以及在臨床中對疾病診斷、鑒別診斷的意義；列舉科研工作中的制樣經驗，引入一些經典的透射電鏡照片，使講解更生動。在學習生物制樣技術前，把包埋模具、銅網、鉆石刀、重金屬染色劑（鈾和鉛）等制樣工具和試劑介紹給學生，使學習內容由淺入深。透射電鏡生物制樣技術包括取材、固定、梯度脫水、浸透、包埋、聚合、修塊、切片和染色等步驟，由于操作過程煩瑣和制樣時間所限（通常7～10天完成），制樣過程由教師分步驟示教講解操作要點。制作透射電鏡超薄切片需要注意以下幾點。

1）取材遵循五字原則，即快、小、冷、凈、準。快：組織離體后盡快進入固定液，避免細胞內溶酶體膜破裂，組織自溶。小：2.5%戊二醛固定液滲透速率較慢（僅為0.5 mm/h）[4]，為使固定液迅速浸入細胞和組織間隙，組織標本的取材大小應為

1 mm3。冷：取材過程在冰盒上進行，冷的環境可以降低各種酶的活性，使超微結構保持原有狀態。凈：用緩沖液沖洗組織標本表面，避免殘留血液、黏液等，影響實驗結果。準：取材的位置要求定位和定向準確，避免重切重染增加工作量，對于珍貴的組織標本，無法重現相同結構，將造成重大損失。注意某些組織具有方向性，比如腸道、皮膚、氣管、血管、神經、眼組織等，取材時注意區分。

2）特殊組織固定需要注意：腦對缺氧較敏感，需要先灌流固定再取材；管狀組織取0.5 cm左右長軸方向固定；肺組織密度小，用紗布包裹后放入固定液即可下沉；視網膜易脫離、皺褶，應先灌流固定，再剪開角膜注入固定液[5]；睪丸白膜下面是精曲小管，常規取材易散開，應在白膜上面劃若干小口，固定一段時間后再取材；細菌和細胞取材3×106～5×106即可，吸管吹散使充分接觸固定液，自然沉降切勿離心。

3）前固定是2.5%戊二醛，固定時間至少四小時；經過充分浸洗，浸入后固定液1%鋨酸中，后固定時間因不同組織而異，一般不超過兩小時。

4）梯度脫水時間要充分，組織在包埋劑中浸透最好過夜。

5）獲得連續切片的關鍵之一是修塊，使包埋塊切面成正方形、長方形或者梯形，且邊角銳利。

6）超薄切片厚度60～90 nm為宜，此厚度在切片機鏡下呈銀鏡樣反射。鉆石刀價格昂貴，應在熟練操作玻璃刀的基礎上謹慎對刀，防止碰撞。

7）染色是重點環節，鈾染液需靜置取上清，鉛染液要過濾，整個染色過程要避光，減少暴露空氣的機會，避免出現染色液污染。組織超薄切片制作完成，由指導教師開機上樣，學生實地觀摩學習，結合透射電鏡下組織超微結構圖像，教師邊講解邊提問，既學習新知識，又回顧書本上的內容，引導學生不斷探索生命的奧秘。

3 "醫學生學習透射電鏡生物制樣技術的必

要性

3.1 "學習透射電鏡生物制樣技術課的思路

透射電鏡為大型精密儀器，價格昂貴，操作復雜，導致多數高校只將其用于科研工作，極少在實驗教學中面向學生開放，學生對其知之甚少，或者只在書本上有大概了解，沒有實踐學習的機會。為使其能在高校科研和教學中發揮作用，體現價值[6]，學校建立對外開放實驗教學平臺。學生通過書本上透射電鏡生物制樣技術的文字和圖片介紹，在頭腦中形成的是抽象的概念，對內容的理解也是膚淺的，對生物制樣的過程沒有直觀感受，導致學習的興趣和積極性不高。開設透射電鏡生物制樣技術實驗教學，可以通過教師現場講授和學生觀摩學習的方式，拉近學生與設備的距離，也拉近理論與臨床實踐的距離，使科教臨相互滲透，讓學生對透射電鏡制樣技術的方法、應用和意義等有比較全面的掌握，加深印象，牢記所學知識點。

目前，多數高校在透射電鏡授課方面對設備工作原理、構造與操作等講授比較多，對制樣技術沒有提及或涉及較少。由于透射電鏡是形態學研究的精密儀器之一，對于醫學生來說，組織結構的觀察辨識是醫學基礎課，學習生物制樣技術可讓他們看到光鏡下所看不到的結構，極大地拓寬視野[7]和專業知識，幫助其掌握制樣過程的細節和注意事項，不僅知其然，而且知其所以然。對樣品超微結構的觀察和研究，不僅要有分辨率精準的設備，更要有制備樣品所用的各種技術方法，兩者相輔相成，缺一不可，為此開設透射電鏡生物制樣技術課程。

3.2 "學習透射電鏡生物制樣技術的意義

通過學習透射電鏡生物制樣技術，學生不僅可以掌握超薄切片的制備方法，而且可以學習如何從這些超微結構中發現組織病理的改變，進而對疾病的鑒別診斷給出正確結論，從而不斷提升專業修養，增強為患者服務的本領。學生可以在計算機上看到組織超微結構圖像，從觀察細胞器開始，培養探索生命和疾病本質的興趣，激發從醫的信心和立志為患者解除病痛的決心。

學習透射電鏡生物制樣技術可以強化課堂理論學習，同時使各個相關學科知識點融會貫通，提高學生學習的積極性，培養其學習熱情。在實際工作中，大部分科研人員和臨床醫生不能親自完成生物制樣，通常由專業的實驗技術人員完成。醫生的職業特點要求他們終身學習，掌握全面的醫學相關知識。因此，醫學生開展透射電鏡生物制樣技術的學習，既可以啟發興趣、拓展知識面，激發主動學習的意識，增強救死扶傷的本領，也有助于養成良好的科學研究思維和素養。

透射電鏡生物制樣過程中的每一步驟都需要細致入微，認真對待，任何的失誤都會造成制樣失敗。因此，在實驗教學中應注意啟發學生熱愛醫學、尊重生命，積極探索微觀世界，樹立嚴謹的科研作風和醫者的責任感。

醫學生在基礎醫學學習階段應多學習與臨床和科研相關的實驗技術，掌握臨床病理診斷和科研工作的前沿技術方法，為將來進入工作崗位打下堅實基礎。透射電鏡超薄切片也是臨床某些疾病病理診斷的黃金指標，醫學生能從形態學角度分析病情，是加強專業學習的關鍵。

深入學習透射電鏡生物制樣技術是醫學生增強本領的需要，是理論與實踐相結合的需要，是拓展專業知識的需要，更是提高臨床技能和科研實驗能力的需要。要培養醫學生的動手能力、思考能力，提高實驗操作技能，啟發探索微觀世界的興趣，同時引導他們無論將來從事臨床工作還是科研工作，務必求真，務必尊重科學。透射電鏡技術的進步大大加深人類對生命科學的認識，從宏觀世界到微觀世界，從細胞水平進入分子水平，從分子水平再到原子水平，透射電鏡在醫學領域發揮了革命性的作用。讓透射電鏡生物制樣技術走進醫學院校課堂是時代所需[8]，是醫學生扎實學習醫學基礎知識的需要，是他們提高專業本領的要求，而掌握透射電鏡生物制樣技術是醫者的使命擔當，更是他們的職業所必須。

3.3 "透射電鏡生物制樣技術在臨床醫學中的應用

透射電鏡生物制樣技術在臨床各種疾病的早期診斷、鑒別診斷、預后和治療監測過程中具有重要意義。遺傳性疾病和代謝異常導致的疾病，其光鏡切片并不能在早期觀察到細胞器結構的改變。如先天的肝臟代謝異常，應用透射電鏡觀察線粒體在早期的病理變化對診斷有很高價值。有些腎病，比如免疫復合物性腎炎、膜性腎炎等，光鏡下無明顯結構改變，免疫熒光有時定位不準或抗體效價降低，只能通過透射電鏡觀察超微結構中上皮細胞、系膜、肌膜細胞和間質改變，明確腎小球內電子致密沉積物的精確定位等來確診[9]。各種早期腫瘤篩查，通過尋找組織細胞的分化標記，確診和鑒別腫瘤類型。如急性髓系白血病的診斷分型，通過透射電鏡觀察細胞核和線粒體的結構、形態變化，可以提高鑒別能力，分型效果具有明顯優勢[10]。病毒性疾病的鑒別診斷，常用透射電鏡負染技術，負染色的特點是反差強，可以看到病毒亞單位結構、細菌和支原體的超微結構等，它也是病毒性致病因子的快速診斷方法之一[11]，能夠發現和識別病毒，為病毒的分類、病毒復制過程、病毒與宿主之間的關系等提供直觀圖像依據。

透射電鏡技術與免疫學技術相結合形成免疫電鏡技術，通過標記物可以精確定位和檢測細胞表面和細胞內部的抗原、抗體。有些腎病單靠透射電鏡不能確診，比如lg A腎病合并膜性腎炎，用膠體金標記特異性抗體lg A和lg G，通過觀察腎小球上皮下和系膜區免疫復合物沉積分布情況和電子致密物的成分，確定腎病的分型[12]。

透射電鏡生物制樣技術的不斷發展，使其被廣泛應用到臨床醫學和基礎醫學的各個方面，為醫學基礎研究提供更多的研究手段，為疾病診斷提供可靠依據。

4 "結束語

醫學生通過透射電鏡生物制樣技術的學習，認識到制樣技術的重要性：在臨床上是發現和診斷某些疾病的重要手段，在科研中是認識物質世界的重要工具，是發現結構與功能之間關系的基本方法。制樣技術是動手性極強的形態學研究手段，能開闊學生專業知識視野，同時幫助學生養成認真細致和尊重客觀事實的工作態度。由于受制樣時間、課時和所用試劑稀缺等因素影響，目前透射電鏡生物制樣技術課程內容還不能完全在臨床醫學的各個專業開設，學生無法親自完成制樣。隨著計算機的發展，期待未來可以有透射電鏡生物制樣技術的虛擬仿真系統，使生物制樣過程變得生動形象，同時能對學生制樣的效果進行評價和打分，徹底解決生物制樣實驗教學中學生只看不做的問題。

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