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冷凍電鏡使用的原理是將樣品經(jīng)過超低溫冷凍、斷裂、鍍膜制樣（噴金/噴碳）等處理后，通過冷凍傳輸系統(tǒng)放入電鏡內(nèi)的冷臺（溫度可至-185℃）即可進(jìn)行觀察。其中，快速冷凍技術(shù)可使水在低溫狀態(tài)下呈玻璃態(tài)，減少冰晶的產(chǎn)生，從而不影響樣品本身結(jié)構(gòu)，冷凍傳輸系統(tǒng)保證在低溫狀態(tài)下對樣品進(jìn)行電鏡觀察。

冷凍電鏡的一種應(yīng)用是冷凍電鏡單顆粒技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)單顆粒分析、電子斷層成像和電子晶體學(xué)等方面的研究。