环境扫描电子显微镜在生物医学中的应用

蔡司EVO提供对组织学和病理学样品的简单快速成像

环境扫描电子显微镜(环境SEM)为组织学和病理学提供了一种有效的成像方法。样品不需要脱水或包埋,只需几步简单的制样步骤就能放入环境扫描电子显微镜中。用于水汽环境中湿样品的背散射电子衬度,能够揭示高衬度的样品细节。

我们的操作手册详细说明了得到的图像如何在无需连续切片和重建的情况下帮助我们理解不同类型组织的三维结构。在病理学中,环境扫描电子显微镜成像能够提供病理组织状况的直接证据,如同肝硬化的图像所展示的一样。



大鼠肺泡的环境扫描电子显微镜图像,由蔡司EVO LS拍摄完成。

大鼠肺泡的环境扫描电子显微镜图像,由蔡司EVO LS拍摄完成。

 

 

在电子显微术中,为了保持样品表面的波束分辨率,电子光学元件和样品室通常要保存在真空下(1 mPa),以避免气体分子与电子束的干扰。然而,有一些样品的成像能够从样品室里的气态中获益。可变压力扫描电子显微术(VP SEM)是非导电样品成像的常用方法。通过放入气体(通常是空气、氮气或水)可以避免样品表面的导电。二次电子对气体分子产生的正离子能够抵消样品表面产生的负电荷。可变压力扫描电子显微术主要用于非导电样品的二次电子、背散射电子成像。一般室内的可变压力成像范围在10–100 Pa。如果样品是水合物,甚至会使用更高的气压。这通常发生在生物样品上面。利用水蒸气清洗样品室和减少样品的蒸发率,有利于稳定样品并减慢脱水率。在这样的条件下,各种生物样品都能在干燥过程中的假象出现前获取图像。

 

 

 

小鼠舌头的环境扫描电镜图像,由蔡司EVO LS拍摄完成

小鼠舌头的环境扫描电镜图像,由蔡司EVO LS拍摄完成

 

 

作为电子束和水分子互相作用的后果,聚焦电子束会产生边缘效应使图像分辨率降低。不过这是可接受的,因为这种效应只有在图像放大超过5000倍时才能观察到。另一方面,很多样品可以直接成像,无需繁琐的样品制备流程。从历史上看,在大多数情况下,扫描电子衬度用于将样品表面可视化,而扫描电子显微术是用于水蒸气环境下的成像。使用这种成像方法的典型样品是植物、真菌和小昆虫。检测技术的较新成果提高了可变压二次电子和背散射电子探测器的灵敏度,从而提高了环境扫描电子显微术的整体性能。


 

组织切片与环境扫描电子显微镜的比较。详情见操作手册

组织切片与环境扫描电子显微镜的比较。详情见操作手册

 

 

在这篇文章中,我们强调了环境压力扫描电子显微镜对另一组样品的应用。在组织学课本里,不同类型组织的显微解剖,通常是用根据组织学流程制样的石蜡切片的图像进行解释。这些切片的制样,包括固定,染色,包埋和切片,是一个标准化的但却繁琐的过程。在某些情况下,超薄切片的高分辨率透射电子显微镜图像被用于了解相应的超微结构细节。很少有书籍介绍从渲染的角度对3D组织可视化。这种草图很难制作,即使它对于了解组织结构与功能的联系是很有效果的。因为美术家首先需要通过观察非常多单层的切片来理解三维组织。

EVO 扫描电子显微镜

EVO 扫描电子显微镜

 

 

我们提出了一个把环境扫描电子显微镜成像作为一个简单的可视化组织样品的想法。利用背散射电子衬度来成像会得到类似地形的衬度。它能够帮助我们直观地了解被成像组织的三维结构。相比传统的高真空扫描电子衬度成像,环境扫描电子显微镜的制样更简单也更省时。此外,样品可以在潮湿状态下成像,因此更接近他们的生理形态。而且当需要对样品立刻进行成像时,环境扫描电子显微镜能够提供快速的临床诊断。

 

 

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