低温显微镜的研制

　　1引言

　　所谓低温显微镜即是具有低温环境的显微镜，其作用是研究生命的基本单位—细胞在低温下的各种现象，如细胞内外冰晶的形成、细胞外形尺寸的变化^[1]。这 种研究对于现代低温生物医学，尤其是生物材料的低温保存具有重要意义。显微镜对生物学和医学研究的重要性已为许多人所认知。在低温显微镜出现以前，关于细 胞低温损伤机理的各种假说都是以观察和比较冷冻和复温前后的现象为基础的，缺少过程进行中的动态信息，导致不同研究者对于损伤机理做出了不同甚至是相互矛 盾的解释图。在本文中，作者将对国内外低温显微镜的发展作简要回顾，并介绍作者所研制的低温显微镜的情况。

　　2低温显微镜的历史

　　低温显微镜的发展经历了结构从简单到复杂、控温质量从低到高的变化过程。最初的低温显微镜依靠自然提供低温环境，如1860年冬天 JoliusSaeha在窗口观察植物叶部切片在冷冻过程中的冰晶形成以及在复温过程中细胞壁的变化;1879年Molisch将显微镜搬到室外，观察变 形虫和某些植物细胞在低温下的变化。自然提供的低温环境是不可控的，为此，Molisch于1897年设计了一台能用于多种溶液和细胞悬浮液冷冻研究的装 置:将普通的显微镜放置在可控降温的箱体中，再将整个箱体封装在密闭的冰箱中，样品附近还放置了温度计以监测系统的瞬时温度。1919年Schander 和反haffit对低温环境的提供进行了重要改进，他们使用压缩的C0 ₂作制冷剂，使温度能迅速地由室温降到一30以下。但是这种装置适于长期连续操作，因为固体二氧化碳会堵塞管路，需要进行局部加热，此外，这一装置中冷却和加热的速率难以控制。此后，各国学者在这一领域做过许多工作，但是本世纪印年代以前，低温显微技术仍处于比较初级的阶段^[1] 。

　　1971年，美国麻省理工学院的〕研制了第一台能够控制升降温速率的低温生物显微镜，并用该显微镜观察了红细胞冻结过程中的胞内结冰现象[3]。用这种显微镜观察了固化界面现象， 在实验中他们使用了与氯化钠具有相似的扩散特性和热力学相变特性的高锰酸钠作溶质，因为高锰酸钠有颜色，随着温度的降低，冰晶逐渐形成，剩余溶液颜色发生 变化，从而得知溶液浓度的分布情况[4]。此后，低温生物显微镜的性能不断得到提高，如几路等在1985年对供冷系统进行了改进，使显微镜可用于长时间持 续观察冷冻过程中固相的移动^[1];Hubel等在1987年用透明蓝宝石替代统的玻璃材料作低温腔的上盖板，由于蓝宝石的热传导特性远远优于玻璃材料，制冷剂与载物表面之间的温度梯度得以减小^[1] ;等人于1卿年在低温台上引人新的装置，使他们在观测过程中既能够调节温度，也能够添加和去除低温保护剂阁;1998年，Narnpe川-耐和Coger设计了一种新型的有向降温台，使得降温和升温的速率达到18000/min[6〕。