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【顯微課堂】獲得高質量的超薄切片

來源：徠卡顯微系統(tǒng)(上海)貿(mào)易有限公司 更新時間：2024-05-30 17:15:16 閱讀量：430
導讀：【顯微課堂】獲得高質量的超薄切片

UC Enuity如何幫助您得到厚度一致的超薄切片

超薄切片是諸多科學領域中的關鍵技術，其能夠將樣品制備成厚度均一的薄片，以便進行電子顯微鏡表征。在超薄切片實驗中，切片的穩(wěn)定性和一致性至關重要，因為它將直接決定研究結果質量和數(shù)據(jù)準確性。


UC Enuity能夠應對這一挑戰(zhàn)，提供厚度一致且高質量的切片。其用戶友好的設計不僅簡化了研究過程，還提高了可重復性，使研究者對所得到的結論更有信心。

簡 介

超薄切片是電子顯微學的重要技術，能夠制備厚度均一的薄片以進行高分辨成像和分析表征。由于超薄切片技術能夠在室溫和低溫條件下精確且靈活地制備樣本切片，它已成為生命和材料科學研究中不可或缺的工具[1-6]。超薄切片幫助科學家精確控制從樣本中切取的薄片厚度，這對于制備出滿足掃描電子顯微鏡（SEM）或透射電子顯微鏡（TEM）成像要求的切片至關重要[1]。薄片切片厚度的范圍在TEM測試中一般為50-300納米，而SEM陣列斷層掃描則通常需要低于50納米的切片[2]。超薄切片所制備的切片質量對各個科學領域實驗結果的可靠性和可解釋性具有深遠影響。因此，確保切片質量的一致性對于得到準確的數(shù)據(jù)，以及探究實驗的科學意義至關重要[1-6]。


切片質量一致的重要性

在超薄切片中，切片質量的一致性對于準確進行形態(tài)學分析和精確測量至關重要。切片厚度的變化會扭曲細胞結構的尺寸和定量數(shù)據(jù)，不利于開展對比研究工作[1-6]。同時，它們還會影響下游實驗的結果，如免疫標記和光譜分析。均勻的切片可確保目標分子或感興趣區(qū)域的持續(xù)暴露，從而優(yōu)化標記程序的效率和可靠性。


確保精確的切片質量，對于最大化提升與超薄切片相結合分析技術的敏感性、特異性和可重復性至關重要。在體積電子顯微鏡（Volume EM）領域尤為重要，因為其需要使用大量數(shù)據(jù)來準確重建3D分子結構。這種方法所需的數(shù)據(jù)通常是從數(shù)以百計到數(shù)以千計的連續(xù)切片中獲取的。


結 果

整個切片過程中，使用50納米、70納米和100納米的進給設置選擇不同的切片厚度值，切片速度為1毫米/秒。使用超薄切片機在納米尺度上進行樣品切片，在光照下水槽中漂浮的切片會呈現(xiàn)不同的顏色，這是光干涉效應的結果[7]。這種干涉顏色與切片厚度之間的關系提供了一種視覺測量手段[7]。厚度為50納米的切片呈現(xiàn)銀色，而接近100納米厚度的切片則逐漸呈現(xiàn)金色，而厚度超過100納米的切片則呈現(xiàn)多種顏色（圖1）。透射電子顯微鏡（TEM）分析通常需要厚度在50納米（銀色）和100納米（金色）之間的切片。盡管在某些情況下，所需的切片厚度可能會偏離這個范圍。切片或條帶在水上漂浮時呈現(xiàn)的顏色可以指示其厚度[7]。


切片顏色與厚度：范圍相關性分析

圖1：顯示了切片干涉顏色與厚度之間的關系，厚度范圍從10納米到350納米。


使用超薄切片機制備的切片條帶示例

圖2：圖A、B和C分別展示了使用50納米、70納米和100納米進給設置獲得的切片條帶。圖D為圖B中切片條帶的放大圖。

在UC Enuity上，可以通過調整進給步長來改變切片的厚度[1]。然而，切片邊緣的質量在很大程度上受到切片速度的影響 [1]。當速度過高時，會導致邊緣不銳利，從而降低切片的質量 [1]。因此，必須在進給步長和切片速度之間保持平衡，以獲得符合所需質量標準的理想切片 [1]。通常，切片速度為1毫米/秒，這是刀具制造商（瑞士Diatome公司）推薦使用的速度。


圖2展示了在切片速度和進給之間取得正確平衡后可以獲得的高質量切片。

圖3：用于陣列層析成像的三個連續(xù)切片條帶，每個條帶包含30張切片，進給為70納米。這些條帶是使用UC Enuity Volume EM模塊制備的。在自動切片得到條帶后，UC Enuity在每個條帶的末端添加了兩張厚度為100納米的釋放厚片。

圖3展示了陣列斷層成像實驗連續(xù)切片工作流程的結果。在實驗過程中，UC Enuity自動制備多個切片條帶，以便稍后在較大的基底（如載玻片或硅片）上收集。圖3展示了收集前的切片條帶。


基于切片干涉顏色和厚度關系，所有三個切片條帶中，總共90張切片的厚度一致。


圖4展示了使用進給從30納米增加到180納米，所獲得的嵌入環(huán)氧樹脂中的組織切片。由于嵌入的組織樣品在200納米及以上厚度參數(shù)下切片效果不佳，因此該系列沒有擴展到180納米以上。該案例展示了UC Enuity的精確度，確保用戶能夠無縫地設置所需的進給，從而獲得不同的目標切片厚度（見圖1）。

圖4：在切片過程中，通過增加進給量從30納米到180納米獲得的實際切片。


結 論

切片質量對于電子顯微鏡樣品制備至關重要。UC Enuity超薄切片機憑借70多年的專業(yè)經(jīng)驗，是制備鋒利、無失真且厚度一致的切片，以進行電子顯微鏡分析的重要工具。


UC Enuity因其穩(wěn)定的切片質量和用戶友好的操作脫穎而出，無論是經(jīng)驗豐富的研究人員還是新手都能從中受益。通過提供高質量標準的可重復實驗結果，UC Enuity減少了切片過程中經(jīng)常遇到的問題，從而便于直接比較實驗數(shù)據(jù)。這不僅有助于節(jié)省時間和資源，還避免了重復樣本制備和圖像采集的工作。


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參考文獻：（上下滑動查看更多）

1.R. Ranner, J. DeRose, Introduction to Ultramicrotomy: Ultrathin sectioning of biological specimens and materials for microscopy and array tomography (AT), Science Lab (2019) Leica Microsystems.

2.R. Ranner, J. DeRose, High Resolution Array Tomography with Automated Serial Sectioning: Faster 3D imaging of cellular and protein structures, Science Lab (2018) Leica Microsystems. 

3.H. Gnaegi, Ultramicrotomy Techniques for Materials Sectioning: Sectioning of polymer and brittle materials for electron microscopy – free webinar on-demand, Science Lab (2023) Leica Microsystems. 

4.F. Assen, Array Tomography for SEM 3D Reconstruction: Webinar On-Demand - Benefits of automated serial sectioning with the ARTOS 3D ultramicrotome, Science Lab (2018) Leica Microsystems.

5.A. Pinto, Streamline your EM Sample Preparation Workflow for Biological Applications: A guide to electron microscopy sample preparation, Science Lab (2023) Leica Microsystems. 

6.Sitte H. 1981, Ultramicrotomy: Frequent faults and problems. AO/Reichent, Vienna.

7.Toshio SAKAI, Relation between Thickness and Interference Colors of Biological Ultrathin Section, Journal of Electron Microscopy, Volume 29, Issue 4, 1980, Pages 369–375,

8.Koster, A. J., Klumperman, J., & Meijer, E. (2007). Sectioning of immuno-labeled Lowicryl sections for correlative fluorescence and electron microscopy. Nature Protocols, 2(10), 2480-2489.

9.Leduc, C., Si, S., Gautier, R., Gao, J., & Zheng, L. (2013). Advances in electron microscopy for the imaging of viruses. Current Opinion in Virology, 3(1), 47-52.


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UC Enuity 超薄切片機


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徠卡顯微系統(tǒng)(Leica Microsystems)是德國著名的光學制造企業(yè)。具有175年顯微鏡制造歷史，現(xiàn)主要生產(chǎn)顯微鏡, 用戶遍布世界各地。早期的“Leitz”顯微鏡和照相機深受用戶愛戴, 到1990年徠卡全部產(chǎn)品統(tǒng)一改為“Leica”商標。徠卡公司是集顯微鏡、圖像采集產(chǎn)品、圖像分析軟件三位一體的顯微鏡生產(chǎn)企業(yè)。

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