病毒作為一種病原體一直受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。然而由于病毒通常尺寸較小，傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡往往難以滿足其形態(tài)觀測的需求，這使得高分辨率的透射電子顯微鏡成為了當(dāng)前病毒學(xué)研究的一個重要手段（圖1），可以用來研究病毒的結(jié)構(gòu)和成分。

目前使用的透射電子顯微鏡進行病毒顆粒的檢測和識別仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)。這是因為病毒的主要組成部分多為含碳的輕元素有機物，這類樣品很容易被高能電子束穿過，造成其光學(xué)襯度較低，且由于共價鍵化合物的低穩(wěn)定性使得其在傳統(tǒng)電子顯微鏡的高加速電壓 (一般為80-200 kV) 下非常不穩(wěn)定，不適合直接進行觀察。因此病毒的形態(tài)學(xué)觀察一般采用負染色成像技術(shù)，需要在觀測前對樣品進行復(fù)雜的負染操作，占有大量的時間，且可能會掩蓋掉一些病毒的形貌特征，造成使用透射電子顯微鏡觀測病毒的門檻較高。

圖1. （A）80 kV 和 （B）5 kV加速電壓下透射電子顯微鏡下觀測到的SV40感染的小鼠胰腺切片（Microscopy Research and Technology, DOI:10.1002/jemt.20603）

為了解決這一難題，低壓透射電子顯微鏡（Low Voltage Electron Microscope, LVEM）應(yīng)運而生。LVEM突破了傳統(tǒng)透射電子顯微鏡的80 kV加速電壓的最低限，研究人員可在低壓下觀察輕質(zhì)生物樣品，無需染色，簡化了樣品制備流程；同時該設(shè)備可在保證高圖像對比度的前提下，使用溫和的加速電壓進行病毒形態(tài)學(xué)的檢測和識別，能夠識別以往可能被污漬和負染的瑕疵所掩蓋的病毒特征。Delong Instruments公司的LVEM 5&25是一類專門針對低電壓設(shè)計研發(fā)出的透射電子顯微鏡。LVEM使用特殊設(shè)計的倒置式肖特基（Schottky）場發(fā)射電子槍，提供高亮度高相干性的電子束，這種低能電子束與樣品的相互作用比傳統(tǒng)透射電子顯微鏡中的高能電子要強得多，使得電子被輕質(zhì)有機材料強烈散射，導(dǎo)致了特征的異常分化(Microscopy Research and Technology, DOI: 10.1002/jemt.22428)。在病毒學(xué)研究方面，該設(shè)備最大放大倍數(shù)高于通常觀測病毒所需要的大約50，000倍的放大率，且依然保持不錯的分辨率（<2 nm），可滿足病毒形態(tài)和結(jié)構(gòu)研究的需求。相比于高電壓，5kV 的加速電壓提供的電子束與樣品的作用更強，對密度和原子序數(shù)有更高的靈敏度，對低至0.005 g/cm3的密度差別仍能得到很好的樣品圖像對比度，有效提高了輕元素樣品的成像質(zhì)量，適合針對病毒學(xué)的研究。需要指出的是，LVEM 25與LVEM 5建立在相同的平臺之上，前者在一個稍高的加速電壓下工作，在滿足輕元素樣品觀測的要求下可進一步提高最終的圖像分辨率。

圖2. LVEM 5的結(jié)構(gòu)示意圖（A）和小鼠心臟超微結(jié)構(gòu)成像 (B) 。（Microscopy Research and Technology， DOI:10.1002/jemt.22659）

LVEM 5&25顯微鏡可用于檢測腺病毒(圖3A)、HIV(圖3B)、輪狀病毒(圖3C)、球狀病毒(圖3F)、棒狀病毒(圖3 G-H)、星形病毒、杯狀病毒、諾瓦克樣病毒、皰疹病毒和乳頭瘤病毒等。另外對于類病毒載體的研究，LVEM 5&25也是一項利器。它能夠在不負染的情況下直接觀測類病毒載體的形態(tài)，幫助研究者快速篩選載體，解決傳統(tǒng)電鏡制樣難，機時緊張等問題(Journal of Nanobiotechnology, DOI: 10.1186/s12951-016-0241-6)。

圖3. (A-C) LVEM 5觀察多種非負染的病毒樣品; (D-E) LVEM 5&25 實物圖; (F-H) LVEM 25觀察多種負染后的病毒樣品。 圖片來源于網(wǎng)絡(luò) (www.lv-em.com)

LVEM的高對比度成像技術(shù)匹配快速的時間-圖像周期、高通量研究，可作為一種快速診斷方法，用于識別病毒感染源和輔助病理研究，是快速檢測具有公共衛(wèi)生重要性病原體的有力工具。
LVEM 5&25 更是一臺多種功能集成的電子顯微鏡，具有四種不同的成像模式——透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、掃描透射電鏡(STEM)和電子衍射(ED)，能夠為病毒學(xué)研究工作者同時提供多種表征所需的成像模式，全面的對病毒樣品的結(jié)構(gòu)和成分進行分析（圖4）。

圖4. 使用LVEM 5 對HIV膜蛋白結(jié)構(gòu)同時進行（A）TEM和（B）ED分析。（Journal of Virology，DOI:10.1128/JVI.01526-19.）

除了擁有高質(zhì)量成像和多功能集成的特點外，LVEM 5&25的體積小 (無需專業(yè)實驗室)，維護費用低廉（無需冷卻水和專用電源），在使用期間基本不會產(chǎn)生任何額外的費用，大大降低了研究所需的成本。另外它采用了真空自閉鎖技術(shù)，換樣僅需3分鐘，降低了儀器操作難度，對廣大的非專業(yè)用戶變得更加友善。我們相信隨著低壓透射電鏡的不斷發(fā)展，LVEM 5&25將成為一個強有力的工具，使得病毒形態(tài)的觀測變得越來越簡單，更多以往被傳統(tǒng)電鏡所忽略的細節(jié)結(jié)構(gòu)信息將被挖掘出來，極大的提高研究人員對病毒結(jié)構(gòu)和成分的認知，為人們的科研和生活服務(wù)。