电子显微镜（EM）使用电子束而非光线对标本成像，分辨率可达0.1 nm——比光学显微镜好约1000倍。虽然已基本被免疫组织化学和分子技术取代用于许多诊断，但EM在肾脏、神经肌肉和纤毛病理学的特定临床问题中仍然不可或缺。

透射电子显微镜（TEM）

TEM将电子束穿过标本的超薄切片（60-100 nm）。电子与标本相互作用，产生的图案投影到荧光屏或数字检测器上。致密结构（细胞核、核糖体、糖原）散射更多电子，呈现黑色（电子致密）；较不致密的结构（胞质基质）呈现浅色（电子透明）。

TEM的标本制备要求很高。组织在戊二醛（2.5%在二甲胂酸盐缓冲液中）中固定，它比福尔马林更好地保存超微结构。四氧化锇后固定稳定脂质。样品通过梯度乙醇脱水，用环氧树脂渗透，并在60°C聚合24-48小时。在超薄切片机上使用金刚石刀切割超薄切片，收集在铜网上，并用重金属（醋酸铀酰、柠檬酸铅）染色以增强对比度。

扫描电子显微镜（SEM）

SEM将电子束扫描穿过标本表面，检测从表面原子发射的二次电子。这产生具有1-10 nm分辨率的三维形貌图像。SEM用于检查组织的表面结构——纤毛、微绒毛、内皮表面和异物。标本需要临界点干燥和用金或铂溅射镀膜以传导电子。

TEM的诊断应用

肾脏病理学仍然是TEM最重要的诊断应用。肾小球疾病通过超微结构发现分类：狼疮性肾炎中的电子致密沉积物（系膜、内皮下、上皮下）、薄基底膜肾病（基底膜厚度<200 nm）、Alport综合征（肾小球基底膜的不规则变薄、增厚和分层）以及微小病变性肾病中的足突融合。EM对于分类遗传性肾炎至关重要，并建议作为不明原因蛋白尿和血尿标准检查的一部分。

神经肌肉病理学——EM识别肌肉和神经活检中的结构异常。特定发现包括杆状体（先天性肌病）、中央轴空病（缺乏线粒体的轴心结构）、管状聚集物和线粒体晶体内含物。在周围神经中，EM检测无髓神经纤维丢失、轴突变性和脱髓鞘模式。

纤毛病理学——鼻或支气管活检的EM显示纤毛的超微结构。动力蛋白臂缺陷、辐轮缺陷和微管转位是原发性纤毛运动障碍（Kartagener综合征）的诊断依据。必须检查至少50根纤毛的横截面以进行 definitive 评估。

感染性疾病——EM直接在组织中可视化病毒颗粒，提供培养或PCR阴性感染诊断。特征性病毒形态识别疱疹病毒（二十面体核衣壳）、腺病毒、多瘤病毒（肾移植中的BK病毒）和新发病原体。

肿瘤病理学——EM解析特定的超微结构特征：黑色素小体（黑色素瘤）、Birbeck颗粒（朗格汉斯细胞组织细胞增生症）、致密核心神经分泌颗粒（神经内分泌肿瘤）和Weibel-Palade小体（血管内皮肿瘤）。虽然IHC已取代EM用于大多数肿瘤诊断，但EM对于IHC不确定的罕见未分化肿瘤仍然有用。

免疫电子显微镜

免疫金标记将IHC与EM结合。与胶体金颗粒（5-20 nm）偶联的抗体结合靶抗原，在TEM下可见为电子致密点。该技术将蛋白质定位到特定的亚细胞区室——例如，证明光学显微镜上的颗粒染色模式对应于线粒体或溶酶体蛋白质积累。免疫金可以在超薄切片上（包埋后）或树脂包埋前（包埋前）进行。

局限性

EM需要专门的昂贵设备（每台仪器通常$300,000-800,000）和高度培训的技术人员。样品制备需要3-5天。由于检查的区域极小，采样错误是一个重大风险。福尔马林固定的组织可以回收用于EM，但与戊二醛固定的组织相比，显示的超微结构 degraded。许多经典的EM诊断（肿瘤分类）现在由IHC做出，减少了大多数实验室中肾脏和神经肌肉病例之外的临床数量。