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电子显微镜(electron microsocope)技术

电子显微镜(electron microsocope)简称电镜,是以电子束为照明源,通过电子流对生物样品的透射以及电磁透镜的多级放大后的荧光屏上成像的大型精密仪器。按工作原理和用途的不同可分为透射式电镜(transmission electron microscope, TEM)和扫描式电镜(scanning electron microscope, SEM)二种基本类型。

一.透射式电镜

主要用于观察细胞内部的微细结构,由于电子的穿透力较弱,故用于透射电镜观察的标本必须切成50-100nm的超薄切片。换句话说,一个细胞要被切成100-200个薄片才适于在透射电镜下观察。样品在被超薄切片之前,一般要经过固定、脱水和包埋等处理,在切片之后还要经过染色等处理才能进行观察。

超薄切片术(techniques of ultrathin section)是最基本的电镜样品制备技术,其基本过程同石蜡切片大体相似,包括取材、固定、漂洗、脱水、渗透与聚合、切片和染色等多个环节,但操作过程比石蜡切片更为细致与复杂。为了获得理想的超薄切片,操作者必须认真对待每一步骤,任何环节的疏忽都可能导致制样的失败。

合格的超薄切片样品应该达到以下基本要求:①切片的厚度应在50nm左右,不能超过100nm,以获得较高的分辨率和较高的反差;②切片应能耐受电子束的强烈照射而不发生破裂、变形;③细胞超微结构保持良好,没有明显的物质凝聚和丢失。

电子显微镜技术使病理学对疾病的认识,从组织细胞的光镜水平深入到细胞内的超微结构水平,它可观察细胞内的细胞器、细胞骨架或大分子水平的变化,在疾病的病理诊断中,电镜主要用于肾脏的细针穿刺活检标本,来进行肾小球肾炎的分型。在肿瘤诊断中,电镜在确定肿瘤细胞的组织发生、类型和分化程度上起着重要作用(左图)。可根据各种肿瘤细胞的超微结构特点来协助区别分化差的癌和肉瘤、各种梭形细胞恶性肿瘤、各种恶性小圆细胞肿瘤、各种神经内分泌肿瘤及恶性黑色素瘤等。其方法包括负染色技术、冷冻蚀刻技术、电镜细胞化学技术、电镜X射线显微分析技术、电镜放射自显影技术等在疾病的研究中已得到广泛的应用。
食管癌细胞电镜图
左图:食管癌细胞奇异形核;右图:食管癌细胞系扫描电镜图

二.扫描电镜

扫描电子显微镜就是用聚得很细的电子束流照射要检测的样品表面。由于电子束与样品的相互作用产生各种信息然后通过不同的检测器接收相应的信息,经过处理后显示出样品的各种特征。

扫描电镜具有以下特点:能够直接观察样品表面的结构;样品制备过程简单,不用切成超薄切片;可以从各种角度对样品进行观察;景深大,图像富有立体感;图像的放大范围广,分辨率也比较高(右图);电子束对样品的损伤与污染程度较小;在观察形貌的同时,还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。

采用冷冻树脂割断法将细胞打开,可以观察到细胞的内部结构。用铸型技术研究空腔脏器,尤其是血管系统复杂的立体分布。还可用盐酸化学消化法观察细胞的基底面及深层细胞表面结构。


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