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NanoAnalysis |博客
利用扫描电镜制备生物标本进行EDS

26th作者:路易斯·休斯博士

使用电子显微镜成像生物标本存在许多挑战,其中大多数也适用于能量色散x射线光谱(EDS)。电子显微镜的内部是一个对生命不利的环境,真空和高能电子束对大多数生物样品中的软材料都是破坏性的。作为生物学家,我们想要捕捉尽可能接近生命状态的数据,这意味着仔细保存我们的标本,以避免改变它们的结构和内容。当我们需要保持元素组成时,这一点尤为重要。

电子显微镜需要在显微镜内部有一定的真空,这就要求所有的样品都被脱水、干燥或冷冻,以避免水分蒸发和曝光后样品的变形。脱水会导致细胞和组织内的结构和分子聚集在一起,在此之前必须通过固定过程来确保它们的相对位置。固定停止了所有的代谢功能(杀死样本),并确保所有东西都保持在原地。可以使用形成永久化学键的化学物质,或者通过快速冷冻样品来避免冰晶的形成。

问我一个问题

路易斯·休斯博士
生命科学产品经理

这一100nm的肝组织切片使用4kV的加速电压进行了成像,没有涂层。肝标本固定,四氧化锇和醋酸铀酰染色,Epon 812树脂包埋。即使在这幅图中只选取了4个元素,细胞核(N)、囊泡(V)和血细胞(BC)之间的区别也很明显。使用Ultim Extreme检测器获取数据。

除了固定和脱水,能够看到样品和它的结构细节也很重要,这涉及到创建一些对比。对比通常是通过使用具有足够高密度的染色剂来实现的,这与使用光学显微镜观察彩色染色剂来观察样品的方式相同。染色使我们能够成像我们通常无法看到的结构,如膜。虽然EDS不需要染色,但了解EDS检测到的细胞或组织元素的基础是有帮助的。

生物样本本质上是三维的,这使得EDS数据收集变得复杂。EDS探测器通常位于显微镜室的一侧。不均匀或弯曲的样品会产生一个人工阴影,在那里,从探测器发出的x射线很可能被样品吸收,导致计数率低于面对探测器的一面。这将导致样品的元素图中出现人工制品,特别是低能量x射线元素(特别是与生物学中常见的轻元素相关)。一个平坦的表面是好的EDS分析的最佳选择。有些样品是天然平坦的,例如叶子的表面,可以直接成像和分析。更厚或更不均匀的样品可以被劈开或破碎,以暴露一个更平坦的表面。这可能很困难,而且往往是不可预测的,但这是实现结果的一种快速而简单的方法。或者,可以将标本嵌入树脂中,并用刀修整,使感兴趣的区域暴露在平面上。可以将试样整体安装在扫描电子显微镜的截头上并进行成像。 Instead of the block, fine slices of the resin-embedded sample can be cut using a microtome and collected onto a substrate for imaging in the SEM. Both options offer a precise way to prepare a flat surface and have the added benefit of enabling us to also collect samples for light microscopy or transmission electron microscopy from the same specimen.

百合花粉粒的后向散射电子图像(左)和EDS图(右)。在EDS数据中有一个人工阴影(箭头),这是由于探测器位于显微镜室的一侧,部分x射线被样品吸收。使用Ultim Extreme收集数据。

生物样品是不导电的,这包括树脂嵌入样品。一个正常的生物样品可能无法从电子束中传导负电荷,而负电荷会在样品中堆积,通常称为充电。这导致图像失真,样本在光束下移动或漂移。采集EDS数据需要一定的时间,采集过程中样品必须是稳定的。电导率可以通过使用银漆或导电环氧树脂,当把样品安装到存根上,通过在样品制备过程中添加重金属染色,通过用碳或金属涂层涂层样品和存根来提高。碳是生物样品和EDS的标准涂层材料。

最后,即使一个制备好的样品在显微镜下是导电和稳定的,它仍然是脆弱的。在采集数据之前,高束流和加速的电压很容易损坏样本。考虑使用的显微镜条件和EDS探测器的类型是很重要的。大多数生物样品将受益于使用低加速电压,以避免损伤和减少样品与光束相互作用的数量。bob平台下载手机版牛津仪器公司的无窗Ultim Extreme探测器是大多数生物应用的合理选择,最大限度地提高空间分辨率和灵敏度,以实现敏感样品(如生物材料)的结果。bob综合app官网登录

显微镜的操作条件不仅影响样品,而且影响产生的数据。这在低加速电压和特殊元素的x射线线可能不会被激发时尤为重要。锇是生物样品中常见的四氧化锇染色剂,在3kV加速电压下(左,虚线区域),在肝泡中检测不到锇,但一旦增加到4kV,就可以清晰地观察到锇(右图)。使用Ultim Extreme捕获数据。

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