精准控冰！冷冻电镜冰层制备获突破

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　　光明日报北京10月27日电（记者晋浩天）要把生物大分子看清楚，得先把它冻进一层薄冰里再送进电镜。而冷冻电镜制样有一个卡了近半个世纪的难题——亚100纳米厚的液膜本身不稳，液体会从较薄的地方往较厚的地方跑，膜一破就缩成液滴。北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授团队与清华大学生命科学学院王宏伟教授团队、香港大学生物科学学院刘楠教授团队合作，用光刻在载网上做出孔阵列，让石墨烯塌下形成一个个“储液池”，把冰层厚度从靠手感试错变成一道能算准的工序。相关成果于日前发表。

　　“冰层厚一点，背景噪声就压过信号；薄一点，分子又露在外面变了性。厚度哪怕只差几十纳米，分辨率就上不去。”彭海琳说，难点在于亚100纳米厚的液膜如同刚洗过的玻璃杯，内壁那层水膜挂不住，很快就缩成一颗颗水珠，厚度无法控制，重复性也无从谈起。

　　对此，团队在薄膜上挖一排“小水塘”。彭海琳表示，水既然爱往深处跑，那就顺着它的脾气，先把坑挖好。团队用国产深紫外光刻胶做出孔边缘光滑的孔阵列，再把石墨烯铺到多孔支撑膜上，石墨烯贴住孔壁往下陷，一个“石墨烯储液池”就成了。塘口挖多大、塘底陷多深，都能算得出来：孔径在600到2000纳米之间时，池深可在10到40纳米之间调节。这套工艺还能做到4英寸规模，单批制备500多个自制载网。

　　“池子挖好，水就自己往里跑。即便用滤纸把载网夹吸10秒甚至20秒，液膜仍然稳得住，冻出来的冰层稳定在约30纳米。调节池子大小，就能得到15纳米、20纳米、30纳米、40纳米四种厚度的冰层，整个载网区域冰层厚薄一致。”王宏伟指出，他们把这套办法用到更难的“石墨烯/冰层/石墨烯三明治”上，新方案封装成功率超过90%，传统做法成功率约67%；传统做法的冰层厚度为52±18纳米且各处不均，新方案的约30纳米，且厚度分布很窄。

　　“冰层匀了，分子就看得清了。”王宏伟说，团队据此重建出多种生物大分子的三维结构。

　　彭海琳表示，这套“小水塘”的用处不止于冷冻电镜。“它解决的不只是制样瓶颈：薄液膜为什么稳不住，以往只能绕开，如今从热力学上找到了顺势而为的办法；限域液体中的物理、化学和生物过程，也多了一个能稳定复现的研究平台；纳米图案表面的流体行为，对光刻、刻蚀、清洗等半导体工艺同样有参考价值。”

　　《光明日报》（2026年10月28日 08版）