掃描電子顯微鏡在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

更新時間2024-03-06
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掃描電子顯微鏡的出現(xiàn)為人類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、對樣品的損傷小、污染輕等優(yōu)點，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、生物醫(yī)學(xué)方面進行闡述分析。

孢粉學(xué)

自然界中植物種類繁多，開花植物也很多，不同類型的植物花粉會具有獨特而穩(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)研究在植物分類學(xué)方面具有重要的參考價值。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，對種間劃分具有重要分類學(xué)意義。

通過掃描電子顯微鏡可以清楚地看到花粉表面形態(tài)、形狀、細節(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密的刺狀凸起；百合科葉花粉粒均呈舟形，遠極單萌發(fā)溝；檸檬種質(zhì)花粉形花粉外觀形態(tài)為近球形、長球形和扁球形；白花油茶花粉總體呈長球形，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)進化、分類及親緣關(guān)系研究奠定一定的理論基礎(chǔ)。

圖1：花粉

硅藻檢驗

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

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

圖2：硅藻

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，解析細胞結(jié)構(gòu)、細胞亞結(jié)構(gòu)、細胞超微結(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理的新途徑。掃描電鏡下的異型癌細胞顯示樹突狀，表面粗糙，且有形態(tài)各異的突起，細胞體積較大。根據(jù)細胞的超微結(jié)構(gòu)變化，結(jié)合細胞的分子表達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有利的幫助。

圖3：細胞

圖4：病毒

掃描電子顯微鏡是前沿科學(xué)研究重要的儀器設(shè)備，被科技日報列為國家35項關(guān)鍵“卡脖子”技術(shù)之一。以上所有觀測圖均使用KYKY系列掃描電子顯微鏡拍攝，幫助用戶更加直觀、便捷、智能地進行生物學(xué)研究。近年來，中科科儀陸續(xù)推出場發(fā)射槍系列掃描電子顯微鏡，性能指標達到國際水平，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、半導(dǎo)體制造等領(lǐng)域。同時，中科科儀積極響應(yīng)國家政策和市場需求，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”問題，助力打贏科技儀器設(shè)備國產(chǎn)化攻堅戰(zhàn)！