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掃描電子顯微鏡在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

更新時(shí)間:2024-03-06

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    掃描電子顯微鏡的出現(xiàn)為人類(lèi)探尋微觀世界的奧秘提供了新方法、新手段。與光學(xué)顯微鏡相比,掃描電子顯微鏡具有高分辨、大景深、對(duì)樣品的損傷小、污染輕等優(yōu)點(diǎn),在基礎(chǔ)科學(xué)研究、生產(chǎn)工藝控制、新材料、新能源、生命科學(xué)、材料科學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域有十分廣闊的應(yīng)用。本文著重介紹掃描電子顯微鏡在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,從孢粉學(xué)、硅藻檢驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)方面進(jìn)行闡述分析。

 


 

孢粉學(xué)


 

自然界中植物種類(lèi)繁多,開(kāi)花植物也很多,不同類(lèi)型的植物花粉會(huì)具有獨(dú)特而穩(wěn)定的形態(tài)特征,但是同屬植物的花粉形態(tài)往往具有很高的相似性,所以孢粉學(xué)研究在植物分類(lèi)學(xué)方面具有重要的參考價(jià)值。不同種間花粉形態(tài)具有一定差異,利用掃描電鏡觀察花粉形態(tài)大小、萌發(fā)溝以及外壁表面紋飾,對(duì)種間劃分具有重要分類(lèi)學(xué)意義。

通過(guò)掃描電子顯微鏡可以清楚地看到花粉表面形態(tài)、形狀、細(xì)節(jié)特征,例如蓮花花粉在掃描電鏡下為三溝型花粉,形狀呈橢球形且表面分布有細(xì)密的刺狀凸起;百合科葉花粉粒均呈舟形,遠(yuǎn)極單萌發(fā)溝;檸檬種質(zhì)花粉形花粉外觀形態(tài)為近球形、長(zhǎng)球形和扁球形;白花油茶花粉總體呈長(zhǎng)球形,具三( 擬) 孔溝,外壁紋飾為穴網(wǎng)狀,這些是光學(xué)顯微鏡無(wú)法做到的。利用掃描電子顯微鏡明晰植物花粉的形態(tài)差異性可為植物的系統(tǒng)進(jìn)化、分類(lèi)及親緣關(guān)系研究奠定一定的理論基礎(chǔ)。

 

 

圖1:花粉

 


 

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硅藻檢驗(yàn)


 

掃描電鏡具有高分辨率、大景深、對(duì)樣品無(wú)損等優(yōu)異性能,并可以與X-射線能譜儀聯(lián)用,使其能夠快速對(duì)微小物質(zhì)的表面形貌及微區(qū)成分進(jìn)行全面分析,從而為法醫(yī)學(xué)提供客觀依據(jù),為刑偵鑒定提供線索。

利用掃描電鏡對(duì)于人體組織、毛發(fā)、植物殘片、硅藻、花粉、昆蟲(chóng)、微生物等生物進(jìn)行檢驗(yàn)鑒定,不會(huì)破壞物證的原始形態(tài),可用于判斷死亡時(shí)間,為案件分析提供線索。硅藻檢驗(yàn)法在法醫(yī)學(xué)溺死診斷中具有重要意義,通過(guò)掃描電鏡觀察硅藻的形態(tài)及類(lèi)型能夠查出水域所在位置,若在衣物上發(fā)現(xiàn)異常類(lèi)型的硅藻則可說(shuō)明尸體被移動(dòng)過(guò)。此外,還可以利用掃描電鏡對(duì)案件現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的射擊殘留物、玻璃、汽車(chē)涂料、花粉、橡膠、塑料、纖維、毛發(fā)、金屬、土壤等種類(lèi)繁多的微量物證進(jìn)行檢驗(yàn),是刑偵鑒定、法庭科學(xué)重要的分析手段。

 

 

圖2:硅藻

 

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生物醫(yī)學(xué)

 

 

材料的微觀結(jié)構(gòu)決定著材料的宏觀性質(zhì),掌握微觀信息對(duì)醫(yī)學(xué)工作者而言十分必要。掃描電子顯微技術(shù)的應(yīng)用能從微納米尺度分析外科植入物的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成,解析細(xì)胞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞亞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)以及病毒結(jié)構(gòu)形態(tài),是外科植入、病理分析等重要的研究手段。

掃描電鏡結(jié)合能譜儀不僅能得到樣品的結(jié)構(gòu)與形貌圖,還能在微納米尺度下進(jìn)行三維重構(gòu),并能給出相應(yīng)的化學(xué)信息以及樣品表面的元素分析。例如利用掃描電鏡觀察肺組織的立體結(jié)構(gòu)變化,特別是肺泡結(jié)構(gòu)的形態(tài)變化,是研究高致病性侵害肺臟組織的機(jī)理的新途徑。掃描電鏡下的異型癌細(xì)胞顯示樹(shù)突狀,表面粗糙,且有形態(tài)各異的突起,細(xì)胞體積較大。根據(jù)細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)變化,結(jié)合細(xì)胞的分子表達(dá)和免疫活性等生物學(xué)特性,可以為癌癥防治、靶向藥物、治療手段的研究提供強(qiáng)有利的幫助。

圖3:細(xì)胞
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圖4:病毒

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     掃描電子顯微鏡是前沿科學(xué)研究重要的儀器設(shè)備,被科技日?qǐng)?bào)列為國(guó)家35項(xiàng)關(guān)鍵“卡脖子”技術(shù)之一。以上所有觀測(cè)圖均使用KYKY系列掃描電子顯微鏡拍攝,幫助用戶更加直觀、便捷、智能地進(jìn)行生物學(xué)研究。近年來(lái),中科科儀陸續(xù)推出場(chǎng)發(fā)射槍系列掃描電子顯微鏡,性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際水平,已廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生命科學(xué)、航天航空、環(huán)境保護(hù)、半導(dǎo)體制造等領(lǐng)域。同時(shí),中科科儀積極響應(yīng)國(guó)家政策和市場(chǎng)需求,研制多樣化的高端儀器,為科研及產(chǎn)業(yè)客戶提供定制化解決方案,解決高端儀器裝備的“卡脖子”問(wèn)題,助力打贏科技儀器設(shè)備國(guó)產(chǎn)化攻堅(jiān)戰(zhàn)!