扫扫 描描 电电 镜镜 技技 术术Techniques of Scanning Electron Microscope 一、扫描电镜的基本结构与成像原理一、扫描电镜的基本结构与成像原理二、扫描电镜的特点二、扫描电镜的特点三、扫描电镜的生物样品制备技术三、扫描电镜的生物样品制备技术 （一）样品的常规制备方法（一）样品的常规制备方法 （二）特殊样品的制备方法（二）特殊样品的制备方法 1优选内容扫扫 描描 电电 镜镜 技技 术术 扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM） 是继光镜和透射电镜之后发展起来的一种电镜，用于观察物质表面及断面的三维形貌 结 构 和 进 行 微 区 成 分 分 析 。 2优选内容一、扫描电镜的基本结构一、扫描电镜的基本结构与成像原理与成像原理 3优选内容4优选内容1、 SEM基本结构及其作用基本结构及其作用 （）电子光学系统（）电子光学系统 电子枪电子枪：阴极、阳极、栅极。 阴极通电加热后产生电子束。 阳极加速电子束。 栅极控制和会聚电子束流 。 电电磁磁透透镜镜：会聚电子束，形 成直径510纳米的电子束（即电子探针），照射于样品上 。图1-1 扫描电镜工作原理图5优选内容（）检测系统（）检测系统二次电子的来源及作用二次电子的来源及作用l在样品表面以下几纳米到几十纳米的区域，被入射电子（初级电子、一次电子）所激发出来的样品原子中的外层电子，称谓二次电子（次级电子）。lSEM通常是由二次电子所形成的图象来显示生物样品的表面形貌。6优选内容（）检测系统（）检测系统 二次电子检测系统二次电子检测系统的组成及作用的组成及作用l组成：组成：检测器（二次电子探头）、光电倍增管、视频放大器。l作用：作用：对二次电子进行收集、放大和处理，以调制显像管栅极电压并成象。图1-1 扫描电镜工作原理图7优选内容（）电子偏转系统（扫描系统）（）电子偏转系统（扫描系统）l组成：组成：扫描发生器、扫描线圈。l作用：作用：使镜筒和显像管内的电子束分别进行同步光栅状扫描，最后在显像管的荧光屏上显示出完整图象。图1-1 扫描电镜工作原理图8优选内容2、影响图象形成的因素、影响图象形成的因素（1 1）倾斜角效应）倾斜角效应 二次电子成像原理二次电子成像原理l 二次电子产率主要取决于电子束的入射角，而入射角又主要取决于样品的倾斜程度。l 样品的倾斜角效应是影响图象反差的主要因素。l SEM图象的反差主要是由样品表面的凹凸状态决定的，越是凸出的部位产生二次电子的数量越多，图象越明亮，反之则较暗。图1-2 样品倾斜对二次电子产率的影响 9优选内容2、影响图象形成的因素、影响图象形成的因素（2）原子序数效应）原子序数效应l原子序数效应：样品内原子序数不同的元素，在图象上也会形成一定的亮度差异，这种现象称为原子序数效应。l对策：观察生物样品时，在样品表面喷镀一层原子序数高的金属膜，可提高图象质量。10优选内容2、影响图象形成的因素、影响图象形成的因素（3）充放电效应）充放电效应l充电充电：当初级电子轰击干燥的生物样品表面时，会因其导电性能差而发生电荷积累的充电现象，并对随后到来的初级电子产生排斥，使电子散开，且导致二次电子发射轨迹偏斜或杂乱。l放电放电：轰击区内电子堆积，与邻近区域间产生电位差，则可产生放电打火现象。l充放电效应充放电效应：上述充、放电状况造成图象忽明忽暗或模糊不清等现象，称为充放电效应。l对策对策：采用金属镀膜、导电胶粘贴样品等导电处理，可减少充放电效应的影响。图1-4 血细胞充放电效应图例11优选内容二、扫描电镜的特点二、扫描电镜的特点12优选内容（一）（一） 图图 谱谱13优选内容14优选内容15优选内容16优选内容17优选内容18优选内容（二）（二）扫描电镜的特点扫描电镜的特点l观察表面形貌。l图象景深大，富有立体感。l放大范围广，分辨率较高：放大倍数为数10倍数10万倍；分辨率取决于电子探针的直径，一般为510 nm。l可观察块状样品： 0.510cm3。l样品制备简单。l可结合元素分析。19优选内容三、扫描电镜生物样品制备技术三、扫描电镜生物样品制备技术20优选内容（一）样品的常规制备方法（一）样品的常规制备方法取材 清洗 固定 清洗 脱水 干燥 金属镀膜 SEM观察21优选内容1、取样、取样 l取样部位要准确。 l取样大小要适当：常为1cm3。l取样操作要轻巧快捷：取样要快，严防对样品的挤压损伤，以使样品更近于活体状态。l样品的基底部应切割平整（以便于样品粘贴），观察面应作好识别标记。22优选内容2、清洗、清洗 （1）清洗的目的：）清洗的目的： 充分暴露样品观察面的表面特征。（2）清洗液的选择）清洗液的选择l常规洗液生理盐水、PBS等缓冲液；l特殊洗液低浓度的蛋白水解酶或乙醇等，用于表面覆 盖着大量蛋白或脂类黏液的样品（如胃、肠黏膜及乳腺组织等）的初级清洗。（3）清洗的方法）清洗的方法l 浸泡清洗。l 震荡清洗：一些粘着杂质多而紧密的样品（如胃、肠黏膜 等），可利用震荡器进行震荡清洗。l 离心清洗：游离细胞、微生物及其它微小生物样品的清洗。（4）清洗的要求）清洗的要求l样品要清洗干净：换液数次，可在解剖镜下检查，直至干净，以充分暴露表面特征。23优选内容3 3、固定、固定（1）固定的目的）固定的目的l 保留样品的微细结构和外部形貌，使其更近于生活状 态。l 使组织硬化，以增强样品在随后的干燥过程中耐受表 面张力变化的能力。l 提高样品对镜筒内高真空和电子束轰击的耐受力。（2）常用的固定剂）常用的固定剂 l 戊二醛：常用浓度为14%。l 锇酸：一般用12%浓度。（3）固定的方法）固定的方法l 先用戊二醛固定1至几小时或更长，经缓冲液充分清 洗后，再用锇酸固定3060分钟。24优选内容4、脱水、脱水（1 1）脱水的目的）脱水的目的 用低表面张力且易挥发的有机溶剂（乙醇、丙酮等）取代组织细胞中的游离水，使样品在后续干燥处理时的表面张力减少。 表表1 1 几种液体的表面张力几种液体的表面张力 单位单位：达因/cm 液 体 乙 醇 丙 酮 水表面张力16.49（20） 2 1.16（40） 70.61 (20）25优选内容（2）脱水的方法）脱水的方法lPBS清洗3次，510min/ 次 乙醇梯度脱水到纯乙醇，530min/级。（3）脱水的要求）脱水的要求l脱水要彻底；l严防发生空气干燥：在换液过程中，要始终保持样品润湿，以免因表面张力变化而造成样品的皱缩、塌陷或变形。26优选内容5 5、干燥、干燥（1）干燥的目的）干燥的目的 彻底去除样品中的脱水剂，使样品干 燥，以保护镜筒高真空和样品不变形。 27优选内容（2）干燥的方法）干燥的方法l1）空气干燥法l2）真空干燥法l3）冷冻干燥法l4）临界点干燥法28优选内容（2）干燥的方法）干燥的方法 1 1）空气干燥法）空气干燥法l 方法方法：把样品放在空气中，让其中的脱水 剂自然挥发掉，以达到干燥的目的。l 特点特点：脱水剂存在的低表面张力，仍使许 多样品发生变形或收缩，故本法是 在缺乏其他条件下不得已采用的干 燥方法。 29优选内容（2）干燥的方法）干燥的方法 2）真空干燥法）真空干燥法l 方法方法：在真空的条件下使样品中的脱水剂 挥发掉。l 特点特点：效果与空气干燥时相同，仅是干燥 的速度较快。 30优选内容（2 2）干燥的方法）干燥的方法 3 3）冷冻干燥法）冷冻干燥法l特点特点：在干燥过程中由于不形成液-气界面， 所以由表面张力引起的样品变形和损 伤大为减少，因此干燥效果较好。l缺点缺点：冷冻过程有可能形成冰晶损伤。图3-1 冷冻干燥法技术流程冷冻干燥法技术流程31优选内容（2）干燥的方法）干燥的方法 4）临界点干燥法）临界点干燥法 临界点干燥的原理临界点干燥的原理（图3-2）图图3-2 临界点干燥原理图临界点干燥原理图32优选内容 临界点干燥的原理临界点干燥的原理之小结之小结l临界状态的条件：密闭容器中的液体加热达到一定的温度（临界温度）。l临界状态的特性：气、液密度相等，相界消失；液体变成气体，液体的表面张力消失为零；无论施加多大的压力，气体不会变成液体。l临界点干燥：利用临界状态下液体表面张力被消除的特性，使样品中的液体气化而最后完全干燥。33优选内容 临界干燥液的选择临界干燥液的选择置换液与中间液置换液与中间液 置换液置换液：在临界点干燥器内起临界干燥 作用的液体称为置换液(表2)。 表表2 2 某些液体的临界特性某些液体的临界特性 中间液中间液：醋酸异戊酯名 称 水 乙醇 氟里昂 液体CO2 临界温度() 374 243 28.9 31.5 临界压力(kg/cm2) 218.5 63 38 72.8 34优选内容 临界点干燥器的主要结构临界点干燥器的主要结构（图3-3 ） 图3-3 HCP-2型临界点干燥器35优选内容 临界点干燥的操作程序临界点干燥的操作程序 取样取样固固 定定脱脱 水水醋酸异戊酯醋酸异戊酯样品入室样品入室注入液体注入液体CO2置置 换换气气 化化放气取样放气取样(1530 min或过夜） ( 010 )(010)(1520) (3540) ( 3540 ) (1020 min) (510 min) (30 min) 图3-4 临界点干燥过程 36优选内容6 6、粘样、粘样（样品的粘贴）（1）目的目的：将样品粘牢在样品台上。 （2）粘样材料粘样材料l 双面胶带：用于粘贴基底部平整或颗粒 状的样品。l 导电胶：是银粉拌在低电阻树脂内制成的 糊状物，用于粘贴基底部不平 整的样品。 37优选内容7、金属镀膜、金属镀膜 在样品表面喷镀一层厚约330nm的金属薄膜。（1）镀膜的目的镀膜的目的 提高样品表面的导电性。 提高二次电子发射率。 减少电子束对样品的损伤。（2）镀膜材料的选择）镀膜材料的选择 金、铂、金/铂合金、铂/钯合金。（3 3）镀膜的方法）镀膜的方法 目前常用离子溅射法镀膜。38优选内容7 7、金属镀膜、金属镀膜1）离子溅射法）离子溅射法 离子溅射仪的主要结构离子溅射仪的主要结构 离子溅射镀膜的原理离子溅射镀膜的原理l辉光放电 离子溅射 漫散射镀膜 镀膜厚度的控制：镀膜厚度的控制： 溅射时间的选择8 8、电镜观察、电镜观察图3-6 离子溅射仪及原理图39优选内容（二）特殊样品的常规制备方法（二）特殊样品的常规制备方法 1、游离细胞的制样方法游离细胞的制样方法 （1）将盖玻片洗净灭菌，样品面做标记； （2）将盖玻片垂直浸入热溶的25%明胶后即刻垂 直取出，用滤纸吸去边缘多余的明胶； （3）将盖玻片的样品面朝上平放在滤纸上，于 37干燥箱烘干后备用； （4）在盖玻片样品面上滴12滴细胞悬浮液，静置 20min左右，用滤纸吸去表面残存的悬浮液。 （5）用2%戊二醛固定30min，PBS清洗3次。 （6）常规方法脱水、临界点干燥、粘样和镀膜。 40优选内容SEM样品的常规制备方法样品的常规制备方法小小 结结 41优选内容1、SEM样品的常规制备步骤样品的常规制备步骤 取材 清洗 固定 清洗 脱水 中间液替代脱水剂 临界点干燥 粘样 （金属）镀膜 SEM观察2、SEM样品制备的基本要求与原则样品制备的基本要求与原则 （1）样品观察面要处理干净，以充分暴露表 面特征； （2）保护样品观察面，以保持原状不变形； （3）样品要彻底干燥，以保护镜筒的高真空 和样品的形态结构； （4）样品要作导电处理，以减少充放电效应 和提高二次电子发射率。 42优选内容复复 习习 题题 1、扫描电镜的特点、扫描电镜的特点 2、临界点干燥的原理、临界点干燥的原理 3、金属镀膜的目的、金属镀膜的目的 4、 SEM样品的常规制备步骤样品的常规制备步骤 5、 SEM样品制备的基本要求与原则样品制备的基本要求与原则 43优选内容