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超薄切片系统——观察微观世界的“利器”

来源:科技发展处    更新时间:2020-06-18

   宏观材料的性质往往是由其微观结构决定的,而对微观结构的观察往往需要借助精密的电子显微镜。基于仪器精度和测试空间的要求,样品在测试之前通常需要经历切小、打薄和磨平的过程。超薄切片技术就是这样一种“利器”,可以将生物质材料、有机高分子材料、无机粉体材料和金属材料等切成纳米级别厚度的平滑薄片,为透射电子显微镜提供超薄切片,为扫描电子显微镜和原子力显微镜提供光滑平整的表面,为光学显微镜、红外光谱仪等提供半薄切片(如图a所示),在生命科学和材料科学领域有着非常广泛的应用。
   在进行超薄切片时,只有掌握其应用技巧,才能获得最佳结果。首先需要掌握样品的基本信息,对于生物样品切片,需要经过取材、固定、脱水、渗透、包埋、聚合、修块、切片和染色,而对于非生物材料,可能只需要其中部分步骤。在切片过程中,取样位置至关重要,取样位置要能够代表样品的典型特征,样品边缘与样品中央的结构可能完全不同。切取角度不同,看到的结构也会不一样。此外,切片温度也影响切片质量,甚至决定切片成败,需要根据材料的玻璃化温度决定采用常温切片还是冷冻切片。当材料的玻璃化温度大于室温时,可采用常温切片,而玻璃化温度小于室温时,应采用冷冻切片,使样品仓温度低于材料的玻璃化温度。
   近年来,超薄切片在反渗透膜断面形貌表征方面发挥重要作用,多篇文献进行了相关报道,图b为反渗透膜切片的透射电镜图(Journal of Membrane Science, 2015, 494: 92-103)。通过对膜进行超薄切片,增加了电子的透射能力,减少了样品对电子的吸收,可以更清楚地观察到反渗透膜的断面形貌,以及纳米材料在膜中的分布。
   近期,膜室购置了具有室温和冷冻双重工作模式的超薄切片系统,并成功与我所的扫描电子显微镜和原子力显微镜等多台仪器联用,助力膜材料研发工作。目前已成功完成对多种样品的切片,图c和d分别为树脂包埋的反渗透膜和碳纤维样品切片在体式显微镜下的状态,采用超薄切片系统可以获得多个纳米级别厚度的切片,为后续表征提供条件。



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