实用电子显微镜技术

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1955
研究者 Marotn Williams和Wyckoff Claude
Latta和Hartmann Palade Palade和Siekevitz Porter和Blum Moran Hall和Huxley
电子显微镜技术 发表了第一张生物组织茅膏菜属植物叶切片的电子显微图
将金属投影用于增加电镜图象反差 开始使用铀固定剂 甲基丙烯酸酯被用作包埋介质 用玻璃刀进行组织切片 将缓冲液与锇酸混合,作为组织固定液 用电子显微镜分析细胞碎片 介绍切片机和切片技术 使用钻石刀进行超薄切片,并创立冷冻超薄切片术 以磷钨酸为负染色剂观察了灌木病毒及烟草花叶病毒的超微结构
• 扫描隧道显微技术(STM) • 原子力显微技术(AFM) • 激光扫描共焦显微技术
利用共焦光路及激光扫 描,在观察较厚样品的 内部构造或直接观察细 胞时,可使所选定的不 同层面每一焦点面影象 清晰,从而得到细胞不 同切面上的一系列图象, 经计算机系统快速分析 处理,即可重组出样品 三维立体图象,展现细 胞瞬间变化的形态构造。
第三节 其他显微技术的开展
• 扫描隧道显微技术(STM) • 原子力显微技术(AFM) • 激光扫描共焦显微技术
• 扫描隧道显微技术(STM) • 原子力显微技术(AFM) • 激光扫描共焦显微技术
利用量子力学中隧道效 应产生隧道电流信号, 获得反映样品外表原子 形态构造和原子排列图 象。
具有原子尺度的高分辨 率。
二、国内电子显微镜生产简况 1959中国科学院长春光学精细机械与物理研究所研制成功第一
台透射电子显微镜 10万倍 100kv 重大科学技术成果 1975中国科学院北京科学仪器厂研制成功第一台扫描电子显微
镜 电镜厂家:中国科学院北京科学仪器厂研制中心
上海电子光学技术研究所 南京光学仪器厂 三、电子显微镜的开展 分辨率进一步提高,点分辨率优于0.3nm,晶格分辨率0.10.2nm 放大倍数从十几倍提高到几十万甚至百万倍
1956 1956 1958 1959 1961 1957 1963 1939 1939 1962 1971 1974 1977 1978
Luft Glauert Watson Moran Luff Steere Sabatini及同事 Kauschehe和Ruska Horisberger Feldherr和Marshal Faulk和Taylor Romano及同事 Horisberger及同事 Rpth及Bendayan
二、电子显微镜技术的应用
• 样品制备方法主要包括:超薄切片、负染色、金属投影、冷冻 复型、快速冷冻深度蚀刻技术、免疫电子显微镜术、扫描电镜 常规样品制备及扫描电镜冷冻断裂技术等。
• 利用多种样品制备方法和高性能的电子显微镜,在生命科学领 域可以观察到细胞中各种细胞器的超微构造,并以此进一步研 究细胞构造与功能的关系,深入探索细胞通讯与运输、分裂与 分化、增殖与调控等生命活动的规律。在农林科学方面,电镜 技术对植物各种疾病病因诊断与防治的研究越来越重要。利用 电镜技术观察高分子、外表活性剂、碳纳米管及纳米粒子等构 造形态,为化学及材料科学研究提供了有力的技术手段。
“小〞:固定液的穿透能力都比较弱,所以为了保持样品近于生活状态 的微细构造,取材大小当然要与固定液的穿透速率相适应,一般以 1mm3为宜。样品过大时内部固定不良,过小时观察的目标又会受到 局限。
“低〞:低温操作,4℃,所用试剂、器具均需预冷。
取材方法:
1〕动物:将动物麻醉或急性处死,在1-2分钟内解剖出所需要的组织 器官,用锋利的解剖刀取小块材料,迅速投入冷的戊二醛固定液中。 然后取出放在滴有预冷的戊二醛载玻片上,用新的锋利刀片把材料 切成1mm3的小方块,再投入盛有冷的固定液的小瓶中,置4 ℃条 件下进展低温固定。对于某些特殊材料,如神经组织等,应先进展 原位固定或灌流固定,待组织适度硬化后再取材。
第二节 电子显微镜技术的开展与应用
一、电子显微镜技术的开展 第一台电子显微镜问世后,面临的首要问题是如何将电
子显微镜技术应用于生物学及其他学科研究。 电子显微镜构造的改进和功能的改善,样品制备技术的
改进,使电子显微镜技术在生命科学研究中发挥了重要作用。
表1-2 电子显微镜技术开展简史
年代 1934 1946 1947 1949 1950 1952 1956 1953
对超薄切片的根本要求 为了获得清晰的电镜图像,超薄切片应到达以下几点要求:
〔1〕细胞的超微构造得到良好的保存,没有人工假象; 〔2〕切片厚度一般为50-70nm左右,较薄的切片分辨率较高,但反差
较弱,而较厚的切片反差虽好,但分辨率那么稍差; 〔3〕切片的包埋介质不变形、不分解、不升华,可耐受电子束的照射; 〔4〕切片平展均匀,没有刀痕、皱褶、震颤及染色剂的沉淀污染; 〔5〕切片染色后,具有良好的反差并可获得清晰的图像
“准〞:取材的部位一定要准确可靠,同时还应注意材料的方向性,例 如选取肌组织时,就要考虑肌原纤维在将来切片时是纵断还是横断; 其它组织当然也要考虑到定位和定向的问题。
“轻〞:所谓“轻〞,是指一切操作都应始终贯彻动作轻柔,不仅要防 止对组织的挤压及钳拉,还要注意器械的锋利,否那么将引起组织构 造的人工损伤性变化。
实用电子显微镜技术
测试中心 陈义芳 2021年
绪论 电子显微镜技术开展简史
第一节 电子显微镜开展简史 第二节 电子显微镜技术的开展与应用 第三节 其他显微技术的开展
第一节 电子显微镜开展简史
电子显微镜通常分为透射电子显微镜和扫描电子显微镜两种 类型。利用电子显微镜可对样品内部构造及样品外表形貌进展超 微构造的观察与研究。
3〕体外培养细胞的取材:先倒去培养液,然后倒入适量的戊二醛固定 液,在冰浴条件下放置5-10min,弯头滴管吹打或用刀轻轻刮下贴壁 的细胞。将含有细胞的固定液转移到离心管中,低速离心10-20分钟, 使细胞聚成团块,用擦镜纸包好细胞团块,置于新鲜的固定液中固 定。
4〕野外取材:冰壶内放一瓶冷的戊二醛固定液,先切取比标准要求稍 大的组织块,放入冰壶内保存的固定液中,带回实验室后,按要求 切成标准小块或小条进展固定。对于田间植物材料,还可以采集植 株保湿带回实验室,再进展取材。
表1-1 显微镜开展简史
年代
制造者
显微镜
1590 1665 1665 1932
荷兰眼镜制造商Janssen 英国科学家和发明家罗伯特.胡克 荷兰业余科学家列文.虎克 德国物理学家Knoll和Ruska
发明了放大20-30倍的复式光学显微镜
自制复式显微镜。观察软木薄片,第一 次描述植物细胞结构
利用小型高倍透镜制成简单显微镜,放大倍数 达300倍,观察动植物活细胞与原生动物,第 一次看到许多单细胞生物。
中国科学院北京科学仪器厂
研制成功第一台扫描电子显微镜
瑞 士 科 学 家 Binnig 、 Rohrer 、 发明扫描隧道显微镜
Gerber和Weible
中国科学院白春礼
主持研制成功首台原子力显微镜
电子显微镜之父 E.Ruska
世界上第一台电子显微镜
仪器名称:透射电子显微镜
生产厂家:荷兰Philips公司
和医用剪刀、镊子、牙签、解剖镜等.
“快〞:不管是从麻醉或处死动物身上取材,还是临床手术取材,都应注 意保持样品的微细构造,使其最大限度的近于生活状态。一定要目标 明确,操作迅速,而且使样品必须在离体半分钟或最多2分钟内浸入 固定液,以免时间过长,出现细胞自溶。尤其在暑热情况下,还会出 现微生物繁殖导致样品腐败,细胞的精细构造当然会全部破坏。
第二节 制样前的准备工作
• 一 实验设计的准备 • 二 实验器具和实验试剂的准备 • 三 实验材料的准备
一、实验设计的准备
• 应充分考虑电镜技术的复杂性和高消耗性等特点,在没有周全 的实验设计之前不要轻易的动手进展实验。
• 应考虑实验是进展一般的超微构造观察还是进展细胞化学或免 疫电镜观察,实验涉及的是哪些组织和器官,对取材的组织和 器官的部位都要考虑周密。
可以观察单原子层的实 时构造图象,并能在大 气、真空甚至液体环境 中观察自然状态下的样 品外表构造,因而在半 导体、金属、无机材料 及生物学研究等方面有 广阔的应用前景。
• 扫描隧道显微技术(STM) • 原子力显微技术(AFM) • 激光扫描共焦显微技术
通过微悬臂上的针尖在样 品外表扫描,使针尖与凹 凸不平的样品外表的顶端 原子相互摩擦产生原子力。 在扫描过程中,微悬臂的 上下起伏与等位面的样品 形貌相互对应,所以可通 过针尖与微悬臂之间的隧 道电流变化,得到样品外 表形貌信息。 其分辨率可与透射电镜相 比较。 AFM不但能通过探测原子 间作用力观察绝缘体,还 可在生物环境中直接观察 生物样品外表构造。
研制成功第一台透射电子显微镜
1938 1939
1965
Ardenne 德国Siemens公司 英国剑桥科学仪器有限公司
研制成功第一台扫描电子显微镜 生产了第一台商品用的透射电子显微镜 扫描电子显微镜作为商品问世
1959
1975 1981 1990
中国科学院长春光学精密机械与物理 研制成功第一台透射电子显微镜 研究所
仪器型号:Tecnai 12
主要附件:
Gatan 792 CCD
性能指标:
最 大 放 大 倍 数 : 65 万 倍
点分辨率:
0.24nm
线分辨率:
0.14nm
最高加速电压: 120KV
一、国外电子显微镜生产简况 1932年德国物理学家Knoll和Ruska研制成功第一台透射电 子显微镜。 20世纪80年代末,商品透射电子显微镜普遍进入市场。 电镜厂家:日本日立〔Hitachi〕公司 日本电子光学实验室〔JEOL) 荷兰菲利浦公司〔Philips〕〔即美国FEI公司〕 德国蔡司〔Zeiss〕公司 捷克 英国剑桥
第一章 超薄切片技术 透射电镜的生物样品制备的 常用方法包括超薄切片、冷冻 复型、负染色等。透射电镜靠 电子束穿透样品成像,对样品
第一节 普通超薄切片技术
普通超薄切片技术:不需要特殊的冷冻条件的常规包埋切 片技术。包括:取材、固定、清洗、脱水、浸透、包埋、聚合、 切片及染色等步骤。每一步都关系到实验成功与否,需步步慎 重认真。 具体步骤: 取材——醛类固定液前固定几小时或更长时间——0.1MPBS 清洗数次——1%锇酸后固定2h或过夜——0.1MPBS清洗数 次——梯度乙醇或丙酮脱水〔30%、50%、70%、80%、 90%、95%、100%、100%〕——浸透〔1:1、1:2、纯 包埋剂〕——包埋——聚合〔37℃12h、60℃ 48h〕——超 薄切片——染色〔双重染色〕
• 根据实验目的采用适宜的缓冲液、固定液和固定方法。如在细 胞化学工作中,一般 要求选用二甲砷酸盐缓冲液,一些特定的 离子细胞化学技术需要特定的缓冲液。
• 包埋介质有时也需要考虑,如在免疫电镜时需要低温包埋剂, 这样抗原性可以保存得更好。
二 实验器具和实验试剂的准备
• 要考虑到各个环节所需要的玻璃器皿、实验器材以及实验试 剂等。
高锰酸钾作为固定剂 环氧树脂作为包埋介质 介绍用重金属铅和铀对组织切片进行染色 采用冷冻置换技术制备生物样品 介绍Epon包埋介质 开始研究冷冻断裂技术 用戊二醛作预固定液保存细胞超微结构及活性,进行细胞化学方面研究
对蛋白质吸附于胶体金进行探讨 将蛋白质吸附于胶体金方法用于扫描电子显微镜 胶体金颗粒作为一种示踪物用于电子显微技术研究 胶体金作为抗血清特异标记物用于透射电子显微镜 首次制备蛋白质A-金复合物 建立了制备免疫球蛋白-金颗粒基本方法 提出包埋后免象动物材料那样 迅速,但同样要求尽快投入冷的固定液。一般植物叶片常切成宽 1mm、长3-4mm的小条。茎和根可切成小条,也可切成1mm3的小 方块。外表有毛刺的植物材料,需先用酶处理使之软化,外表有蜡 质的叶片在50%乙醇溶液中浸泡几秒至几十秒进展脱蜡,取出后用 双蒸水清洗数次,再切取。
• 三、实验材料的准备 • 应根据实验目的选择适宜的实验材料 • 在实验时不仅要有正常组,还需设立与实验组一样条件的对
照组
第三节 取材与固定
一取材 取材是超薄切片制样的第一步,也是非常关键的一步。 • 定义:从动植物机体上或从细胞及微生物的培养物中
取得所需材料的操作过程。 • 所需溶液主要有缓冲液、戊二醛等。 • 所需器材有吸管、封口膜、称量瓶、烧杯、双面刀片
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