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超薄切片系統——觀察微觀世界的“利器”

來源:科技發展處    發布時間: 2020-06-18


   宏觀材料的性質往往是由其微觀結構決定的,而對微觀結構的觀察往往需要借助精密的電子顯微鏡?;趦x器精度和測試空間的要求,樣品在測試之前通常需要經歷切小、打薄和磨平的過程。超薄切片技術就是這樣一種“利器”,可以將生物質材料、有機高分子材料、無機粉體材料和金屬材料等切成納米級別厚度的平滑薄片,為透射電子顯微鏡提供超薄切片,為掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡提供光滑平整的表面,為光學顯微鏡、紅外光譜儀等提供半薄切片(如圖a所示),在生命科學和材料科學領域有著非常廣泛的應用。
   在進行超薄切片時,只有掌握其應用技巧,才能獲得最佳結果。首先需要掌握樣品的基本信息,對于生物樣品切片,需要經過取材、固定、脫水、滲透、包埋、聚合、修塊、切片和染色,而對于非生物材料,可能只需要其中部分步驟。在切片過程中,取樣位置至關重要,取樣位置要能夠代表樣品的典型特征,樣品邊緣與樣品中央的結構可能完全不同。切取角度不同,看到的結構也會不一樣。此外,切片溫度也影響切片質量,甚至決定切片成敗,需要根據材料的玻璃化溫度決定采用常溫切片還是冷凍切片。當材料的玻璃化溫度大于室溫時,可采用常溫切片,而玻璃化溫度小于室溫時,應采用冷凍切片,使樣品倉溫度低于材料的玻璃化溫度。
   近年來,超薄切片在反滲透膜斷面形貌表征方面發揮重要作用,多篇文獻進行了相關報道,圖b為反滲透膜切片的透射電鏡圖(Journal of Membrane Science, 2015, 494: 92-103)。通過對膜進行超薄切片,增加了電子的透射能力,減少了樣品對電子的吸收,可以更清楚地觀察到反滲透膜的斷面形貌,以及納米材料在膜中的分布。
   近期,膜室購置了具有室溫和冷凍雙重工作模式的超薄切片系統,并成功與我所的掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡等多臺儀器聯用,助力膜材料研發工作。目前已成功完成對多種樣品的切片,圖c和d分別為樹脂包埋的反滲透膜和碳纖維樣品切片在體式顯微鏡下的狀態,采用超薄切片系統可以獲得多個納米級別厚度的切片,為后續表征提供條件。



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