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生医样品制备及影像观察

在生医应用方面,有许多项目包括奈米药剂、血液、细胞、组织、甚至医疗元件等,经常都需要作观测及分析。

 

生医类样品通常本身含水量高,造成其在 TEM 观测时影像对比度较低。

因此,如何以适当的样品制备方法来使该类样品维持原来的结构外观进行观察,将是重要的关键与技术挑战。

 

闳康提供许多不同的生医样品制备及电子显微镜观测服务如下:

 

  • 传统负染 
  • 树脂包埋
  • 常温超薄切片
  • 冷冻超薄切片
  • 临界点干燥系统
  • 低温电子显微镜转换系​​统
  • 液态样品电子显微镜制备
  • 穿透式电子显微镜
  • 扫描式电子显微镜

图-1 穿透式电子显微镜 Hitachi HT7700,该机型特别适合用于生物组织样品的观测

 

 

 

半技术原理

金属负染 Negative Staining

许多有机或生物样品由于本身是由碳氢氧等轻元素所组成,所以于穿透式电子显微镜中观察时对比较差,故可利用金属染剂进行背景染色以产生清楚对比,称为负染。

图-2 (范例) PLGA 粒子负染结果

图-3 (范例) Liposome 粒子负染结果

 

 

树脂包埋及超薄切片  Resin Embedding and Ultramicrotome

各种高水份含量的生物样品包括细胞、细菌及生物组织器官检体等、以及部分之生医材料,欲以穿透式电子显微镜观察前,皆须先经戊二醛固定、酒精脱水、树酯包埋及超薄切片等样品处理程序,再以铜网搜集样品切片于穿透式电子显微镜中观察型态。

 

一般生物样品包括细胞、细菌及生物组织的器官与检体等、以及部分生医材料,均可经由适当样品前置处理及常温(或冷冻)超薄切片之后,于穿透式电子显微镜中进行结构影像观察。

图-4 (范例) 白血球切片影像

图-5 (范例) 小鼠肝组织切片影像

 

 

临界点干燥法  Critical Point Drying

通常含水量较高的生物样品,大多数必须先经过戊二醛固定、酒精脱水、二氧化碳临界点干燥、镀上白金导电薄膜等制备程序之后,再进入扫描式电子显微镜中进行观察。

图-6 (范例) 细胞经前处理、临界点干燥、并镀上白金导电薄膜之后,进入扫描式电子显微镜 (SEM) 中观察其结合至细胞表面上、约 200nm 的奈米金颗粒。

 

 

 

低温电子显微镜转换系統  Cryo-transfer System

此冷冻样品制备技术可将液态样品于 -172℃ 的环境中瞬间冷冻、并形成约 100nm 的冰薄膜,以供进入穿透式电子显微镜观察。

 

由于多数生物样品及奈米生医材料均在溶液环境中合成,此冷冻样品制备技术可将液态样品瞬间冷冻、并形成薄膜,提供关于各种奈米颗粒接近于液相环境中之样貌、尺寸与聚集分布的影像,突破传统电子显微镜只能在真空中观察干式样品的限制。

图-7 (范例) 脂质体 (Liposome) 之冷冻试片,其可看到该粒子在溶液中脂双层与药物晶体结构。

 

 

 

 

应用分析

闳康透过专业的样品制备技术,可针对各类型生物组织、样品或材料,提供客户最佳之样品制备技术及优质正确的电子显微镜观测影像。

图-8 闳康提供各类型样品制备服务

 

 

 

機台種類

液态样品/生物/材料显微镜机台总表

 

 

  • 穿透式电子显微镜,厂牌型号为 Hitachi HT7700

生物型穿透式电子显微镜是利用加速电压120KeV 的高能电子束照射样品,根据样品中的元素成分及厚薄区域产生不同程度的电子穿透及散射,经过透镜集束后在萤光板上产生明暗对比的电子影像、并由CCD 呈像于萤幕上。

另外,也可利用样品被电子束照射后所释出的 X 射线分析样品中之成分元素

 

  • 扫描式式电子显微镜

扫描式电子显微镜是利用加速电压5~10KeV、且直径小于10nm 的电子束来回扫描于样品上,当电子束深入样品表面形成一作用体积(Interaction Volume) 时,会在不同层面上产生二次电子、背向散射电子及X 射线。

扫描式电子显微镜即利用所收集之二次电子及背向散射电子呈像,可用于观察样品表面之立体结构,而 X 射线则可用于分析样品中之成分元素

 

  • 常温超薄切片机,厂牌型号为 Leica EM UC7

当样品经树酯包埋并聚合成块后,须利用超薄切片机制作出厚度低于 100nm 的超薄切片并搜集在铜网上,才能进入 TEM 中以电子束穿透呈像。

一般生物样品包括细胞、细菌及生物组织的器官与检体等、以及部分生医材料,均可经由适当样品前置处理及常温超薄切片之后,于穿透式电子显微镜中进行结构影像观察

 

  • 冷冻超薄切片机为 Leica EM FC7 

一般的冷冻超薄切片附件,均可安装至常温超薄切片机上。

而转换成冷冻超薄切片机的Leica EM FC7,其操作温度范围为-15℃~-185℃,适用于须在低温中进行切片的高分子材料,例如塑胶或橡胶、或是部分的生物样品材料等

 

  • 临界点干燥机为 Quorum K850

当含水量较高的生物样品欲于 SEM 中观察,须先经过适当样品前置处理,并进入临界点干燥机中去除水份。

临界点干燥机是藉由临界点较低的液态 CO2 完全浸润渗透样品后,在其临界点温度下将气态 CO2 放掉以完成干燥程序。