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生物成像与生命科学
组织样品中超微结构的分类

了解组织样品中的分子层面过程需要在亚微米尺度上进行显微分析。荧光标记虽可以帮助识别,但受制于光学显微镜不高的分辨率。
而电子显微镜(EM)可以观察到超微结构,但需要如重金属染色等复杂样品制备。

利用电子显微镜对组织样品进行观察的主要挑战之一在于对图像衬度的解释,因此,X射线能谱法(EDS)可以成为一种重要的工具。牛津仪器公司的EDS产品具有优异的灵敏度和轻元素分析性能,能够快速有效地表征生物组织样品,帮助解释超微结构。

什么是超微结构?超微结构为什么重要?

超微结构是亚微米尺度上的细胞物质结构,因此通常使用电子显微镜进行成像。在细胞内具有特定功能的细胞结构,即细胞器,存在于超微结构尺度;包括线粒体、叶绿体、鞭毛和颗粒。因此,为了了解细胞的功能和反应,有必要在超微结构层面上对所有结构进行成像和识别。

EDS如何辅助超微结构分类?

细胞材料的标准超微结构成像需要高分辨率的电子显微镜。这需要复杂的样品制备,如重金属染色,以便在最终的图像中提供额外的衬度,或者使用金属纳米颗粒(免疫标签)进行抗体的特定标记。分析最终的图像是非常具有挑战性的:颗粒或免疫标签等具有相似形态,仅凭图像灰度是无法区分的。因此,EDS提供的化学信息非常有助于分析。

牛津仪器是如何开发出用于组织样品分析的产品的?

牛津仪器开发的EDS产品非常适合组织样品的分析。关键的进展如下所示:

  1. 超大面积探测器,如Ultim Max 170,可以为生物材料提供非常高的计数率,且不需要高束流(高束流对样品有损伤。
  2. 这种开创性的无窗探测器Ultim Extreme,旨在低x射线能量的情况下,尽可能提高X射线信号。
  3. 谱图处理算法可确保X射线低能端的良好性能,确保细胞材料的结果准确可靠。

这些技术发展使组织样本的常规EDS分析成为现实。例如,在对糖尿病的研究中,使用牛津仪器EDS系统表征胰腺细胞内的颗粒。下面的SEM和EDS图像显示了EDS是如何识别细胞中两个不同的颗粒的—酶原(富N:红色),葡萄糖原(富N和富P:黄色/橙色)和胰岛素(富N和富S:紫色)。如果不使用EDS,无法区分这三种颗粒类型。该结果来自 M. Scotuzzi et al., Scientific Reports 7, article 45970 (2017) - https://www.nature.com/articles/srep45970.

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