钙离子调控的藻酸盐水凝胶包封固氮菌超微结构解析：一种优化的低电压扫描透射电镜制备策略

这篇研究开发了一种针对藻酸盐水凝胶包封固氮菌（Azotobacter vinelandii）的优化样本制备协议，通过精确控制CaCl2浓度和铅柠檬酸染色步骤，解决了传统透射电镜（TEM）和扫描透射电镜（STEM）技术中水凝胶结构塌陷与细胞形态破坏的难题，为生物肥料载体系统的纳米级结构研究提供了创新方案。

　　

亮点

我们的实验表明：在包封细胞样本的制备过程中，添加1% CaCl₂能最佳平衡固氮菌细胞与藻酸盐水凝胶结构的保存效果，但初始固定阶段需避免交联剂干扰。

交叉链接剂浓度对细胞超微结构的影响

通过对比三种实验方案发现：过早引入0.5% CaCl₂会导致细胞膜破裂（图1a），而1%浓度在后期染色阶段应用时，既能维持"蛋盒结构"交联网络，又显著提升铅柠檬酸染色对水凝胶基质的对比度增强效果。

讨论

突破性地揭示了传统样本制备中钙离子时序的致命缺陷——过早添加会引发细胞渗透压休克。创新性地采用"先固定后交联"策略，使藻酸盐的GG嵌段与Ca²⁺形成稳定三维网络，同时保持细菌鞭毛等精细结构完整性。

结论

本研究建立的标准化流程成功攻克碳水化合物水凝胶电镜成像的技术瓶颈。以固氮菌自产藻酸盐系统为模型，证实1% CaCl₂后处理结合铅染色可同步实现：①细胞器超微结构保存 ②纳米级聚合物网络显影 ③与多种TEM技术兼容，为软生物材料研究开辟新途径。