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低壓透射電鏡在醫(yī)藥和生物學(xué)研究中對(duì)于微小顆粒的形態(tài)學(xué)觀測(cè)

瀏覽次數(shù):6951 發(fā)布日期:2019-3-18  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
低壓電鏡的特性
 
    在醫(yī)藥和生物學(xué)研究中對(duì)于微小顆粒諸如DNA、RNA、細(xì)胞器、外泌體、納米顆粒、納米藥物等的形態(tài)學(xué)觀測(cè)一直是有著剛性的需求。而光學(xué)顯微鏡受到光學(xué)衍射極限的限制往往不能夠良好的觀察小于200 nm的微小粒子。因此到目前為止,直接觀測(cè)納米尺度的微小顆粒的最佳手段仍然是使用電子顯微鏡。
     然而傳統(tǒng)電鏡由于為保證圖像質(zhì)量而需要高壓電子槍,因此需要使用大體積腔體和配套的低溫、真空設(shè)施才能夠工作。這不僅導(dǎo)致占地面積過大,還需要相當(dāng)?shù)馁Y金維持運(yùn)轉(zhuǎn)和專門的人員進(jìn)行操作。給使用帶來了極大的不便。
     另外,雖然高電壓能夠帶來更好的電子順從性,但是基于碳基的有機(jī)物往往不能夠承受較高的電子束沖擊,因此在實(shí)際使用中往往必須使用電鏡的最低電壓來進(jìn)行觀測(cè)以避免損壞樣品,這極大地浪費(fèi)了大型電鏡本身的機(jī)能。而且由于有機(jī)物中的碳類物質(zhì)不能很好地吸收電子,使得有機(jī)物在大型電鏡中的襯度很低,往往需要使用金屬物質(zhì)進(jìn)行負(fù)染來提高襯度,而這不可避免的會(huì)破壞蛋白、DNA 等有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。
     因此低電壓透射電鏡將有望解決這一問題。雖然在傳統(tǒng)認(rèn)知中,高的電壓總會(huì)帶給圖像更好的成像效果。但在技術(shù)發(fā)展的當(dāng)下,即使只使用較低的電壓也能夠獲得較好的成像質(zhì)量,并且由于低電壓的低穿透力使得原本被忽略的細(xì)節(jié)圖像也能夠被呈現(xiàn)出來。
 
    美國德隆公司所開發(fā)的LVEM5 和LVEM25 便是專門針對(duì)低電壓所開發(fā)的透射電鏡,如圖1所示。這種設(shè)備只需要很少的空間和資源就將其他成像模式,如掃描電子顯微鏡( SEM )、掃描透射電子顯微鏡( STEM )或電子衍射( ED )結(jié)合在一個(gè)設(shè)備中。另外,所使用的肖特基場(chǎng)發(fā)射槍與低電壓電子加速相結(jié)合,對(duì)于有機(jī)物來說又十分的友善。能夠很好地避免重金染色屬對(duì)組織、蛋白、基因、藥物、聚合物等有機(jī)物的污染和損害,同時(shí)保持合理的分辨率(<2 nm)。而這一點(diǎn)在許多文獻(xiàn)的報(bào)道中也均有體現(xiàn),如圖2a-c所示,而即使5-10 nm的微小金顆粒在使用LVEM5時(shí)也能夠被順利的觀測(cè),如圖2d所示。那么究竟低壓透射電鏡和傳統(tǒng)大電鏡相比有多大區(qū)別這個(gè)問題,今年C. Dazon等發(fā)表文獻(xiàn)就此問題進(jìn)行了專門的對(duì)比,如圖3所示。他們將幾種典型納米顆粒分別使用LVEM5(5 kV)和CM200(200 kV)進(jìn)行拍照并比較認(rèn)為兩者的圖像質(zhì)量并無明顯差別。
 
圖1:LVEM5 結(jié)構(gòu)示意圖
 
 
圖2:典型的納米粒子表征的LVTEM 應(yīng)用示例圖:
( a )纖維素,( b )脂質(zhì)體,( c )海水中的納米塑料顆粒和( d )金納米顆粒。
 
圖3:用LVEM5 和TEM CM200獲得的四種典型材料的顯微照片
 
近一年中的典型案例
 
    由于低壓電鏡所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)使得在近幾年中有越來越多的文獻(xiàn)報(bào)道使用了LVEM系列電鏡。下面就列舉了近一年中的部分發(fā)表文章中展示的電鏡照片:
 
 
Nimisha Bhattarai等使用LVEM5 TEM模式觀察線粒體和生理pH溶液環(huán)境下的nanoGUMBOS(有機(jī)鹽材料)的形態(tài)。
 
 
Xiaohong Zheng等使用LVEM5觀察NO2傳感器中所使用的材料WO3的納米表征結(jié)構(gòu)TEM圖。
 
Claudel Mickael等使用LVEM5對(duì)CDs與bPEI600衍生物的納米TEM結(jié)構(gòu)表征。
 
 
Claudia Melissa等對(duì)冰川假單胞菌BNF20的形態(tài)使用LVEM5 SEM模式進(jìn)行觀測(cè)的圖像。
 
Adolfo Marican等使用LVEM5對(duì)環(huán)糊精衍生物凝膠CDHSA1(a-b)
和包裹有PDN(c-d)的CDHSA1進(jìn)行SEM圖像表征。
 
 
Hadi Ranji-Burachaloo等使用LVEM5拍攝TEM模式下的
有機(jī)聚合材料MOF(a)和rMOF(b)的納米結(jié)構(gòu)圖像。
 
總結(jié)

     低壓透射電鏡具有體積小、易操作、高襯度、良好的成像質(zhì)量等特性。在近幾年中,使用這種電鏡進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征的文章也越來越多。相信隨著生物分子機(jī)制研究的深入和納米材料、藥物的發(fā)展,這種小巧而靈活的低壓透射電鏡將會(huì)有更加寬廣的應(yīng)用前景。


參考文獻(xiàn)

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