生醫影像及奈米溶液分析

生醫樣品製備及影像觀察

 

     在生醫應用方面,有許多項目包括奈米藥劑、血液、細胞、組織、甚至醫療元件等,經常都需要作觀測及分析。生醫類樣品通常本身含水量高,造成其在 TEM 觀測時影像對比度較低。因此,如何以適當的樣品製備方法來使該類樣品維持原來的結構外觀進行觀察,將是重要的關鍵與技術挑戰。閎康提供許多不同的生醫樣品製備及電子顯微鏡觀測服務如下:

  •  傳統負染
  •  樹脂包埋
  •  常溫超薄切片
  •  冷凍超薄切片
  •  臨界點乾燥系統
  •  低溫電子顯微鏡轉換系統
  •  液態樣品電子顯微鏡製備
  •  穿透式電子顯微鏡
  •  掃描式電子顯微鏡

 

圖-1 穿透式電子顯微鏡 Hitachi HT7700,該機型特別適合用於生物組織樣品的觀測

 

 

 

 

◎ 金屬負染  Negative Staining

    許多有機或生物樣品由於本身是由碳氫氧等輕元素所組成,所以於穿透式電子顯微鏡中觀察時對比較差,故可利用金屬染劑進行背景染色以產生清楚對比,稱為負染。 

圖-2 (範例) PLGA 粒子負染結果

 

 

圖-3 (範例) Liposome 粒子負染結果

 

 

 

◎ 樹脂包埋及超薄切片  Resin Embedding and Ultramicrotome

   各種高水份含量的生物樣品包括細胞、細菌及生物組織器官檢體等、以及部分之生醫材料,欲以穿透式電子顯微鏡觀察前,皆須先經戊二醛固定、酒精脫水、樹酯包埋及超薄切片等樣品處理程序,再以銅網蒐集樣品切片於穿透式電子顯微鏡中觀察型態。

       一般生物樣品包括細胞、細菌及生物組織的器官與檢體等、以及部分生醫材料,均可經由適當樣品前置處理及常溫(或冷凍)超薄切片之後,於穿透式電子顯微鏡中進行結構影像觀察。

圖-4 (範例) 白血球切片影像

 

圖-5 (範例) 小鼠肝組織切片影像

 

 

 

◎ 臨界點乾燥法  Critical Point Drying

   通常含水量較高的生物樣品,大多數必須先經過戊二醛固定、酒精脫水、二氧化碳臨界點乾燥、鍍上白金導電薄膜等製備程序之後,再進入掃描式電子顯微鏡中進行觀察。

 

 

圖-6 (範例) 細胞經前處理、臨界點乾燥、並鍍上白金導電薄膜之後,進入掃描式電子顯微鏡 (SEM) 中觀察其結合至細胞表面上、約 200nm 的奈米金顆粒。

 

 

 

◎ 低溫電子顯微鏡轉換系統  Cryo-transfer System

   此冷凍樣品製備技術可將液態樣品於 -172℃ 的環境中瞬間冷凍、並形成約 100nm 的冰薄膜,以供進入穿透式電子顯微鏡觀察。

       由於多數生物樣品及奈米生醫材料均在溶液環境中合成,此冷凍樣品製備技術可將液態樣品瞬間冷凍、並形成薄膜,提供關於各種奈米顆粒接近於液相環境中之樣貌、尺寸與聚集分佈的影像,突破傳統電子顯微鏡只能在真空中觀察乾式樣品的限制。

 

圖-7 (範例) 脂質體 (Liposome) 之冷凍試片,其可看到該粒子在溶液中脂雙層與藥物晶體結構。

 

 

 

   閎康透過專業的樣品製備技術,可針對各類型生物組織、樣品或材料,提供客戶最佳之樣品製備技術及優質正確的電子顯微鏡觀測影像。

 

圖-8 閎康提供各類型樣品製備服務

 

 


 

 

圖-9 液態樣品/生物/材料顯微鏡機台總表

 

 

圖-10 穿透式電子顯微鏡,廠牌型號為 Hitachi HT7700 

       生物型穿透式電子顯微鏡是利用加速電壓 120KeV 的高能電子束照射樣品,根據樣品中的元素成分及厚薄區域產生不同程度的電子穿透及散射,經過透鏡集束後在螢光板上產生明暗對比的電子影像、並由 CCD 呈像於螢幕上。另外,也可利用樣品被電子束照射後所釋出的 X 射線分析樣品中之成分元素。

 

 圖-11 掃描式式電子顯微鏡,廠牌型號為 Hitachi SEM S8020

       掃描式電子顯微鏡是利用加速電壓 5~10KeV、且直徑小於 10nm 的電子束來回掃描於樣品上,當電子束深入樣品表面形成一作用體積 (Interaction Volume) 時,會在不同層面上產生二次電子、背向散射電子及 X 射線。掃描式電子顯微鏡即利用所收集之二次電子及背向散射電子呈像,可用於觀察樣品表面之立體結構,而 X 射線則可用於分析樣品中之成分元素。

 

 

 

圖-12 常溫超薄切片機,廠牌型號為 Leica EM UC7

   當樣品經樹酯包埋並聚合成塊後,須利用超薄切片機製作出厚度低於 100nm 的超薄切片並搜集在銅網上,才能進入 TEM 中以電子束穿透呈像。一般生物樣品包括細胞、細菌及生物組織的器官與檢體等、以及部分生醫材料,均可經由適當樣品前置處理及常溫超薄切片之後,於穿透式電子顯微鏡中進行結構影像觀察。

 

圖-13 冷凍超薄切片機為 Leica EM FC7 

   一般的冷凍超薄切片附件,均可安裝至常溫超薄切片機上。而轉換成冷凍超薄切片機的 Leica EM FC7,其操作溫度範圍為 -15℃~-185℃,適用於須在低溫中進行切片的高分子材料,例如塑膠或橡膠、或是部分的生物樣品材料等。

 

 

圖-14 臨界點乾燥機為 Quorum K850

   當含水量較高的生物樣品欲於 SEM 中觀察,須先經過適當樣品前置處理,並進入臨界點乾燥機中去除水份。臨界點乾燥機是藉由臨界點較低的液態 CO2 完全浸潤滲透樣品後,在其臨界點溫度下將氣態 CO2 放掉以完成乾燥程序。

 

 

 

 

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