Name: sem sample prep for biological imaging
Uploaded: 2023-04-30T07:07:16.000Z
Duration: 9 min 2 s
Channel: JoVE

1. تحضير العينة
<ol>
	<li>ارتد القفازات واتخذ الاحتياطات اللازمة لتجنب التلوث عند التعامل مع العينة.</li>
	<li>تأكد من تجفيف العينة الموجودة على الشريحة وعدم وجود تلوث على العينة. وذلك لأن SEM يقيس توصيف السطح ، ويمكن لهذه العيوب أن تعيق الإشارة بشدة.</li>
	<li>إذا تم تحميل العينة على شريحة زجاجية قياسية ، فقم بتقليل حجم العينة عن طريق تسجيل الشريحة باستخدام قاطع زجاجي مائل بالماس في خط مستقيم ودفع الخط المسجل برفق بعيدا عن الجسم حتى ينكسر الزجاج.</li>
	<li>اعتمادا على العينة ، اختر طلاءا لا يحتوي على نفس التركيب الأولي (من شأنه أن يعيق الإشارة التي تتلقاها EDS). لهذا العرض التوضيحي ، يتم استخدام طلاء الذهب البلاديوم.</li>
	<li>استخدم آلة الطلاء حسب التوجيهات. دع الماكينة ترش العينة لمدة 40 ثانية تقريبا للحصول على طلاء رقيق مع تغطية كافية.</li>
	<li>قم بتركيب العينة على كعب SEM باستخدام شريط كربوني موصل على الوجهين. يجب أيضا وضع هذا الشريط من المسرح إلى الجزء العلوي من الشريحة التي تم رشها لتأريض العينة إذا تم تركيبها على شريحة غير موصلة. يمكن أيضا استخدام طبقة رقيقة من الطلاء الفضي الموصل لزيادة موصلية العينة إلى المسرح.</li>
	<li>قم بتركيب كعب الروتين على المسرح وشد المسمار على الجانب.</li>
</ol>
2. إجراء التصوير
<ol>
	<li>قم بتحميل المسرح في الغرفة. أغلق وأغلق الباب. ثم اضغط على زر "نقل" لفتح الممر من غرفة التحميل إلى المكنسة الكهربائية.</li>
	<li>بمجرد توقف زر النقل عن الوميض وفتح الباب الداخلي ، يمكن نقل العينة إلى غرفة التفريغ عن طريق شد القضبان المعدنية ودفع العينة إلى الغرفة.</li>
	<li>قم بفك القضيب ، وسحب القضيب وثبته بالكامل في غرفة التحميل ، واضغط على "تخزين" لإغلاق غرفة التحميل من غرفة التفريغ. يتم الآن تحميل العينة وتتم بقية العملية من محطة عمل الكمبيوتر.</li>
	<li>حرك المرحلة باستخدام وحدة التحكم وفتح لوحة التنقل في المرحلة حتى تصبح في مجال رؤيتك.</li>
	<li>حرك العينة عموديا حتى تصل مسافة العمل إلى 5-10 مم. عند تحريك المسرح في الاتجاه z ، قم بتشغيل كاميرا الغرفة للتأكد من أن عينتك لا تقترب من مسدس الإلكترون.</li>
	<li>قم بتشغيل شعاع التوتر العالي الإضافي (EHT). لاحظ أنك قد تحتاج أيضا إلى فتح العمود إذا كان متوقفا لفترة من الوقت.</li>
	<li>حدد إشارة SE2 من خيارات الكاشف.</li>
	<li>استخدم إعداد كيلو فولت يبلغ حوالي 5 كيلو فولت للتصوير الأولي ، ثم قم بزيادته إلى 20-30 كيلو فولت لمزيد من الإشارة باستخدام وضع التشتت الخلفي. إذا لم تكن العينة مغلفة ، فاحتفظ ب keV منخفضا لمنع الكثير من القطع الأثرية للشحن في الصورة ولمنع تلف العينة.</li>
	<li>إذا لم تكن هناك صورة واضحة ، فقم بتدوير مقابض التركيز والسطوع والتباين حتى يظهر الهيكل. سيكون هذا مرجعا للصقل.</li>
	<li>قم بتشغيل مقبض التركيز البؤري في الوضع الخشن حتى تظهر الصورة. ثم قم بالتبديل إلى الجيد للعثور على أفضل تركيز.</li>
	<li>استخدم التنقل في المرحلة (وليس في الاتجاه z) والتكبير للعثور على منطقة لحفظ صورة منها.</li>
	<li>قلل سرعة المسح وقم بتشغيل متوسط الخط للحصول على صورة أفضل للحفظ.</li>
	<li>احفظ الصورة بالنقر بزر الماوس الأيمن وحفظها في موقع الملف.</li>
	<li>أدخل BSD وحرك المرحلة مرة أخرى إلى موضع z حيث يتم تركيز العينة.</li>
	<li>كرر الخطوات من 8 إلى 11 أثناء البحث عن مناطق التباين التي تشير إلى عدد ذري أعلى.</li>
	<li>قم بإزالة BSD عند الانتهاء.</li>
	<li>عندما تكون جاهزا لإزالة العينة ، اضغط على الزر "تبادل".</li>
	<li>انقل العينة مرة أخرى إلى غرفة التحميل واضغط على "تخزين" ثم "تنفيس".</li>
</ol>
<div class = "chapter_text" id = "script_0" >
غالبا ما يستخدم الفحص المجهري الإلكتروني الماسح ، أو SEM ، لتصوير المواد البيولوجية على مقياس النانو. تستخدم المجاهر البصرية ، التي تستخدم الضوء لتصوير عينة ، بشكل كبير لتصوير العينات البيولوجية بشكل غير مدمر ، ومع ذلك ، فإن دقتها وعمق مجالها محدودان ، وبالتالي يتم استخدام SEM من أجل تحقيق دقة أعلى تصل إلى نانومتر واحد.
في SEM ، يتم تركيز شعاع من الإلكترونات من خلال سلسلة من العدسات المكثفة ، والتي تضرب العينة بعد ذلك. عندما يصطدم الشعاع بالعينة ، تنتشر الإلكترونات الموجودة على السطح وقياسها بواسطة الكاشف.
في هذا الفيديو ، سنناقش كيفية عمل SEM ، ونوضح كيفية تصوير عينة بيولوجية في المختبر ، وأخيرا ، نقدم بعض التقنيات المستخدمة لتصوير العينات الحساسة.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_1">
يستخدم المجهر الإلكتروني الماسح شعاعا إلكترونيا عالي الطاقة ، يتم إنشاؤه بواسطة مسدس إلكتروني مزود بكاثود خيوط. يتم دفع الإلكترونات المتولدة نحو الأنود ثم يتم تركيزها باستخدام عدسات مكثفة قبل دخول العدسة الموضوعية. تتم معايرة العدسة الموضوعية لتركيز الحزمة على العينة ، حيث يتم مسحها ضوئيا عبر السطح. تستخدم تفاعلات الإلكترونات مع الذرات الموجودة في العينة لدراسة تضاريس العينة وتكوين العناصر وتبلورها. عندما يصطدم شعاع الإلكترون الساقط بالسطح ، فإنه ينبعث منه إلكترونات ثانوية ومتناثرة خلفيا. الإلكترونات الثانوية هي إلكترونات منخفضة الطاقة تنبعث من العينة بالقرب من السطح وتوفر معلومات طبوغرافية.
من ناحية أخرى ، تنعكس الإلكترونات المتناثرة في الاتجاه المعاكس للحزمة الساقطة. تزداد شدة التفاعل مع زيادة الوزن الذري ، مما يتيح للمستخدم التمييز بين الاختلافات التركيبية. هناك حاجة إلى اعتبار خاص لتصوير العينات البيولوجية باستخدام SEM ، نظرا لأن SEM يستخدم فراغا عاليا ، وبالتالي يجب تجفيف العينات البيولوجية ، التي تحتوي عادة على نسبة عالية من الماء ، أولا. يمكن أن يتسبب هذا في انهيار بنية العينات الحساسة ، وخاصة الخلايا. وبالتالي ، يتم معالجة الخلايا بمثبت ، وشطفها ، ثم تجفيفها ببطء عن طريق الغسيل بكميات متزايدة من الإيثانول.
بالنسبة للمواد البيولوجية الصلبة ، مثل سقالة أنسجة الكولاجين وهيدروكسيباتيت المستخدمة في هذا العرض التوضيحي ، يتم تجفيف العينة على مدى عدة أيام تحت فراغ عالي.
أخيرا ، نظرا لأن تصوير SEM النموذجي يتطلب سطحا موصلا ، فغالبا ما يتم طلاء العينات البيولوجية بطبقة رقيقة من المعدن قبل التصوير. الآن بعد أن ناقشنا كيفية عمل SEM وكيفية تحضير عينة بيولوجية للتصوير ، دعنا نلقي نظرة على كيفية تحضير وتصوير سقالة أنسجة الكولاجين وهيدروكسيباتيت.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_2">
أولا ، قم بتركيب عينة المواد الحيوية على كعب SEM باستخدام شريط كربوني موصل وتأكد من أن العينة جافة ولا تحتوي على تلوث على السطح.
بعد ذلك ، ضع العينة المركبة في حجرة طلاء الرش ، وضخ الغرفة ، وقم بتغطية العينة لمدة 40 ثانية تقريبا للحصول على طلاء رقيق من المعدن بسمك أربعة إلى ستة نانومتر ، في هذه الحالة الذهب ، مع تغطية كافية. بمجرد الطلاء ، قم بإزالة العينة واستخدم شريطا موصلا لتوصيل كعب الروتين بالجزء العلوي من العينة ، والذي أصبح الآن مغطى بمعدن موصل.
أخيرا ، قم بتركيب كعب الروتين على مرحلة SEM وشد المسمار على الجانب. الآن العينة جاهزة للتصوير باستخدام SEM. أولا ، قم بتحميل المرحلة في غرفة SEM وأغلق الباب ، ثم اضغط على زر النقل لفتح الممر من غرفة التحميل إلى الفراغ. بمجرد فتح الباب الداخلي ، قم بربط القضيب المعدني في المسرح وادفع العينة إلى غرفة التفريغ ، ثم قم بفك القضيب المعدني وسحبه بالكامل في غرفة التحميل ، ثم اضغط على المتجر لإغلاق غرفة التفريغ.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_3">
الآن دعنا نصور العينة باستخدام التسويق عبر محرك البحث.
أولا ، حرك المرحلة باستخدام وحدة التحكم وانتقل إلى العينة إلى مجال الرؤية ، ثم حرك العينة عموديا حتى تصل مسافة العمل إلى خمسة إلى 10 ملليمترات. قم بتشغيل شعاع الإلكترون وحدد كاشف الإلكترونات الثانوية ، واضبط الحزمة على خمسة كيلو إلكترون فولت في البداية ، ثم قم بزيادة ما يصل إلى 20 إلى 30 كيلو إلكترون فولت حسب الحاجة. إذا لم تكن الصورة واضحة، فقم بتدوير مقابض التركيز والسطوع والتباين حتى تظهر صورة واضحة.
استخدم التنقل في المرحلة والاتجاهين X وY لتحديد موقع بقعة جديدة على العينة، ثم قم بزيادة التكبير حتى تصبح الميزات المطلوبة مرئية. اضبط التركيز والتباين والسطوع حسب الحاجة لتحسين جودة الصورة. قد تحتاج إلى تقليل سرعة المسح وتشغيل متوسط الخط للحصول على صورة أفضل ، ثم حفظ الصورة.
</div>
<div class = "chapter_text" id = "script_4" >
تكشف صور SEM عن بنية مسامية ثلاثية الأبعاد للغاية مع ميزات ليفية أصغر من 25 ميكرون. سيكون من الصعب تصور هذه الميزات باستخدام الفحص المجهري البصري ، حيث أن الفحص المجهري البصري له عمق مجال أقل بكثير.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_5">
هناك العديد من التحديات المرتبطة بتصوير الهياكل البيولوجية باستخدام SEM ، بما في ذلك انهيار الهيكل أو التلف الناتج عن شعاع الإلكترون عالي الطاقة. دعنا الآن نلقي نظرة على كيفية تطبيق تقنية SEM العامة على هذه الأنواع من العينات الحساسة. يجب معالجة الهياكل البيولوجية الحساسة ، مثل هذه الأنسجة النباتية الصغيرة ، أو تلك التي تحتوي على نسبة عالية من الماء ، من خلال عملية تثبيت قبل التصوير.
تمت معالجة هذه النسيج الإنشائي الزهري على الفور بمحلول مثبت للفورمالين / حمض الأسيتيك المعد حديثا. تم تشريح الأنسجة الثابتة في الإيثانول ، ووضعها في وعاء شبكي ، وتجفيفها من خلال سلسلة من الإيثانول بنسبة 70٪ و 80٪ و 90٪ و 100٪. أخيرا ، تم تجفيف الأنسجة النباتية باستخدام مجفف نقطة حرجة ، وتركيبها ، وغليها مطلية بطبقة معدنية رقيقة.
بعد تصوير SEM ، من الواضح أن الهياكل غير المعالجة تعرضت لأضرار جسيمة بسبب عملية التجفيف وأظهرت انهيارا كبيرا في الهيكل ، بينما حافظت تلك التي تم إصلاحها على هيكلها الأصلي. بدلا من ذلك ، يمكن تصوير الخلايا والعينات الأخرى ذات المحتوى المائي العالي باستخدام SEM البيئي ، أو ESEM. يستخدم ESEM شعاع إلكتروني عالي الطاقة يتم مسحه ضوئيا فوق العينة ، كما هو الحال مع SEM التقليدي ، ومع ذلك ، فإنه يتيح تصوير العينات الرطبة أو غير المطلية من خلال الحفاظ على بيئة غازية داخل الغرفة.
يتم ذلك عن طريق فصل غرفة التفريغ العالية التي تحتوي على مسدس الإلكترون عن غرفة العينة باستخدام فتحتين. تتكبد حزمة الإلكترون خسائر كبيرة بسبب تشتت جزيئات الغاز ، ولكنها عادة ما تكون طاقة عالية بما يكفي للتصوير. هنا ، نمت الخلايا على شريحة سيليكون ، وتعمل بنقاط كمومية ، وتم إصلاحها باستخدام بروتوكول تثبيت الجلوتارالديهايد. تم تصوير الخلايا في الماء وتظهر البنية غير المنهارة للخلية مع وجود نقاط كمومية فردية مرئية على سطح الخلية.
</div>
<div class="chapter_text" id="script_6">
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لتصور المواد الحيوية باستخدام SEM. يجب أن تفهم الآن كيفية عمل SEM ، وكيفية تحضير العينات البيولوجية وتصويرها ، بالإضافة إلى بعض تطبيقات تقنية الهياكل الحساسة.
شكرا للمشاهدة!
</div>

أوضحنا هنا عمق التركيز ومجال الرؤية وأقصى دقة وتكبير للمجهر الإلكتروني وكيف يمكن استخدام هذه الخصائص لعرض العينات البيولوجية. تم تصميم هذا العرض التوضيحي لمساعدة المشاهدين على تحديد وحدة الفحص المجهري الأفضل لتطبيق معين. كما هو موضح ، يتمتع SEM بعمق تركيز عال جدا ودقة أعلى بكثير وتكبيرات أكبر. ومع ذلك ، فهو غير مناسب لجميع أنواع العينات.
قدم هذا العرض مبادئ المجهر الإلكتروني وأظهر العديد من تطبيقاتها في مختبرات الأبحاث. تستخدم المجاهر الإلكترونية للتفتيش والتوصيف ومراقبة الجودة. على سبيل المثا...

تصوير sem للعينات البيولوجية

المصدر: <a href="https://www.jove.com/author/Peiman_Shahbeigi-Roodposhti"> بيمان شاهبيجي رودبوشتي</a> وسينا شهباز محمدي، قسم الهندسة الطبية الحيوية، جامعة كونيتيكت، ستورز، كونيتيكت
المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) هو أداة تستخدم شعاعا إلكترونيا لتصوير المواد الموصلة وتوصيفها بشكل غير مدمر في الفراغ. على سبيل القياس ، فإن شعاع الإلكترون هو SEM مثل الضوء إلى المجهر البصري. الفرق هو أن المجهر الإلكتروني ينتج صورا بدقة وتكبير أعلى بكثير. عادة ما يكون لأفضل المجاهر الضوئية دقة تصل إلى 200 نانومتر ، في حين أن SEMs عادة ما تدعي دقة 0.5 نانومتر. هذا يرجع إلى حقيقة أن المجاهر الضوئية محدودة بانعود الموجات ، وهي دالة للطول الموجي ، والتي تبلغ حوالي 500 نانومتر للضوء المرئي. على العكس من ذلك ، يستخدم SEM شعاع إلكتروني نشط ، والذي يبلغ طوله الموجي 1 نانومتر. هذه الخاصية تجعلها أدوات يمكن الاعتماد عليها للغاية لدراسة النانو والهياكل المجهرية. تتيح المجاهر الإلكترونية أيضا دراسة العينات البيولوجية ذات أحجام الميزات الصغيرة جدا للفحص المجهري البصري. 
يقدم هذا العرض التوضيحي مقدمة لإعداد العينات والحصول على الصور الأولية للعينات البيولوجية باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح. في هذه الحالة ، ستتم دراسة سقالة خلوية من الكولاجين وهيدروكسيباتيت (HA). تخلق البيئة الفراغية ل SEM والشحن المستحث بواسطة شعاع الإلكترون على العينات غير الموصلة (مثل المواد العضوية) تحديات سيتم معالجتها في التحضير. ستتم أيضا مناقشة مزايا وعيوب طرق التصوير المختلفة من حيث صلتها بالدقة وعمق التركيز ونوع العينة. الغرض من هذا العرض التوضيحي هو إعطاء المشارك مزيدا من المعلومات حول SEM لتحديد ما إذا كانت وحدة الفحص المجهري هذه هي الأنسب لنوع من العينات البيولوجية.

تظهر صور SEM في الشكلين 3 و 4 أن الهيكل المصور ثلاثي الأبعاد للغاية مع ميزات ميكرو قياسية. تتأثر جودة الصورة بالتركيز وسمك طلاء الرش. 
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10492/10492fig4.jpg"> 
الشكل 3: توضح الصور التالية كيف يمكن أن يؤثر تركيز العينة على جودة الصورة. في الصورة الموجودة على اليمين ، يكون مجال الرؤية بأكمله في بؤرة التركيز ، بينما يكون خارج نطاق التركيز على اليسار. يمكن...

تصوير SEM للعينات البيولوجية

Source: Peiman Shahbeigi-Roodposhti and Sina Shahbazmohamadi, Biomedical Engineering Department, University of Connecticut, Storrs, Connecticut
A scanning ...

غالبا ما يستخدم الفحص المجهري الإلكتروني الماسح ، أو SEM ، لتصوير المواد البيولوجية على مقياس النانو. تستخدم المجاهر البصرية ، التي تستخدم الضوء لتصوير عينة ، بشكل كبير لتصوير العينات البيولوجية بشكل غير مدمر ، ومع ذلك ، فإن دقتها وعمق مجالها محدودان ، وبالتالي يتم استخدام SEM من أجل تحقيق دقة أعلى تصل إلى نانومتر واحد. في SEM ، يتم تركيز شعاع من الإلكترونات من خلال سلسلة من العدسات المكثفة ، والتي تضرب العينة بعد ذلك. عندما يصطدم الشعاع بالعينة ، تنتشر الإلكترونات الموجودة على السطح وقياسها بواسطة الكاشف. في هذا الفيديو ، سنناقش كيفية عمل SEM ، ونوضح كيفية تصوير عينة بيولوجية في المختبر ، وأخيرا ، نقدم بعض التقنيات المستخدمة لتصوير العينات الحساسة. يستخدم المجهر الإلكتروني الماسح شعاعا إلكترونيا عالي الطاقة ، يتم إنشاؤه بواسطة مسدس إلكتروني مزود بكاثود خيوط. يتم دفع الإلكترونات المتولدة نحو الأنود ثم يتم تركيزها باستخدام عدسات مكثفة قبل دخول العدسة الموضوعية. تتم معايرة العدسة الموضوعية لتركيز الحزمة على العينة ، حيث يتم مسحها ضوئيا عبر السطح. تستخدم تفاعلات الإلكترونات مع الذرات الموجودة في العينة لدراسة تضاريس العينة وتكوين العناصر وتبلورها. عندما يصطدم شعاع الإلكترون الساقط بالسطح ، فإنه ينبعث منه إلكترونات ثانوية ومتناثرة خلفيا. الإلكترونات الثانوية هي إلكترونات منخفضة الطاقة تنبعث من العينة بالقرب من السطح وتوفر معلومات طبوغرافية. من ناحية أخرى ، تنعكس الإلكترونات المتناثرة في الاتجاه المعاكس للحزمة الساقطة. تزداد شدة التفاعل مع زيادة الوزن الذري ، مما يتيح للمستخدم التمييز بين الاختلافات التركيبية. هناك حاجة إلى اعتبار خاص لتصوير العينات البيولوجية باستخدام SEM ، نظرا لأن SEM يستخدم فراغا عاليا ، وبالتالي يجب تجفيف العينات البيولوجية ، التي تحتوي عادة على نسبة عالية من الماء ، أولا. يمكن أن يتسبب هذا في انهيار بنية العينات الحساسة ، وخاصة الخلايا. وبالتالي ، يتم معالجة الخلايا بمثبت ، وشطفها ، ثم تجفيفها ببطء عن طريق الغسيل بكميات متزايدة من الإيثانول. بالنسبة للمواد البيولوجية الصلبة ، مثل سقالة أنسجة الكولاجين وهيدروكسيباتيت المستخدمة في هذا العرض التوضيحي ، يتم تجفيف العينة على مدى عدة أيام تحت فراغ عالي. أخيرا ، نظرا لأن تصوير SEM النموذجي يتطلب سطحا موصلا ، فغالبا ما يتم طلاء العينات البيولوجية بطبقة رقيقة من المعدن قبل التصوير. الآن بعد أن ناقشنا كيفية عمل SEM وكيفية تحضير عينة بيولوجية للتصوير ، دعنا نلقي نظرة على كيفية تحضير وتصوير سقالة أنسجة الكولاجين وهيدروكسيباتيت. أولا ، قم بتركيب عينة المواد الحيوية على كعب SEM باستخدام شريط كربوني موصل وتأكد من أن العينة جافة ولا تحتوي على تلوث على السطح. بعد ذلك ، ضع العينة المركبة في حجرة طلاء الرش ، وضخ الغرفة ، وقم بتغطية العينة لمدة 40 ثانية تقريبا للحصول على طلاء رقيق من المعدن بسمك أربعة إلى ستة نانومتر ، في هذه الحالة الذهب ، مع تغطية كافية. بمجرد الطلاء ، قم بإزالة العينة واستخدم شريطا موصلا لتوصيل كعب الروتين بالجزء العلوي من العينة ، والذي أصبح الآن مغطى بمعدن موصل. أخيرا ، قم بتركيب كعب الروتين على مرحلة SEM وشد المسمار على الجانب. الآن العينة جاهزة للتصوير باستخدام SEM. أولا ، قم بتحميل المرحلة في غرفة SEM وأغلق الباب ، ثم اضغط على زر النقل لفتح الممر من غرفة التحميل إلى الفراغ. بمجرد فتح الباب الداخلي ، قم بربط القضيب المعدني في المسرح وادفع العينة إلى غرفة التفريغ ، ثم قم بفك القضيب المعدني وسحبه بالكامل في غرفة التحميل ، ثم اضغط على المتجر لإغلاق غرفة التفريغ. الآن دعنا نصور العينة باستخدام SEM. أولا ، حرك المرحلة باستخدام وحدة التحكم وانتقل إلى العينة إلى مجال الرؤية ، ثم حرك العينة عموديا حتى تصل مسافة العمل إلى خمسة إلى 10 ملليمترات. قم بتشغيل شعاع الإلكترون وحدد كاشف الإلكترونات الثانوية ، واضبط الحزمة على خمسة كيلو إلكترون فولت في البداية ، ثم قم بزيادة ما يصل إلى 20 إلى 30 كيلو إلكترون فولت حسب الحاجة. إذا لم تكن الصورة واضحة، فقم بتدوير مقابض التركيز والسطوع والتباين حتى تظهر صورة واضحة. استخدم التنقل في المرحلة والاتجاهين X وY لتحديد موقع بقعة جديدة على العينة، ثم قم بزيادة التكبير حتى تصبح الميزات المطلوبة مرئية. اضبط التركيز والتباين والسطوع حسب الحاجة لتحسين جودة الصورة. قد تحتاج إلى تقليل سرعة المسح وتشغيل متوسط الخط للحصول على صورة أفضل ، ثم حفظ الصورة. تكشف صور SEM عن بنية مسامية ثلاثية الأبعاد للغاية مع ميزات ليفية أصغر من 25 ميكرون. سيكون من الصعب تصور هذه الميزات باستخدام الفحص المجهري البصري ، حيث أن الفحص المجهري البصري له عمق مجال أقل بكثير. هناك العديد من التحديات المرتبطة بتصوير الهياكل البيولوجية باستخدام SEM ، بما في ذلك انهيار الهيكل أو التلف الناتج عن شعاع الإلكترون عالي الطاقة. دعنا الآن نلقي نظرة على كيفية تطبيق تقنية SEM العامة على هذه الأنواع من العينات الحساسة. يجب معالجة الهياكل البيولوجية الحساسة ، مثل هذه الأنسجة النباتية الصغيرة ، أو تلك التي تحتوي على نسبة عالية من الماء ، من خلال عملية تثبيت قبل التصوير. تمت معالجة هذه النسيج الإنشائي الزهري على الفور بمحلول مثبت للفورمالين / حمض الأسيتيك المعد حديثا. تم تشريح الأنسجة الثابتة في الإيثانول ، ووضعها في وعاء شبكي ، وتجفيفها من خلال سلسلة من الإيثانول بنسبة 70٪ و 80٪ و 90٪ و 100٪. أخيرا ، تم تجفيف الأنسجة النباتية باستخدام مجفف نقطة حرجة ، وتركيبها ، وغليها مطلية بطبقة معدنية رقيقة. بعد تصوير SEM ، من الواضح أن الهياكل غير المعالجة تعرضت لأضرار جسيمة بسبب عملية التجفيف وأظهرت انهيارا كبيرا في الهيكل ، بينما حافظت تلك التي تم إصلاحها على هيكلها الأصلي. بدلا من ذلك ، يمكن تصوير الخلايا والعينات الأخرى ذات المحتوى المائي العالي باستخدام SEM البيئي ، أو ESEM. يستخدم ESEM شعاع إلكتروني عالي الطاقة يتم مسحه ضوئيا فوق العينة ، كما هو الحال مع SEM التقليدي ، ومع ذلك ، فإنه يتيح تصوير العينات الرطبة أو غير المطلية من خلال الحفاظ على بيئة غازية داخل الغرفة. يتم ذلك عن طريق فصل غرفة التفريغ العالية التي تحتوي على مسدس الإلكترون عن غرفة العينة باستخدام فتحتين. تتكبد حزمة الإلكترون خسائر كبيرة بسبب تشتت جزيئات الغاز ، ولكنها عادة ما تكون طاقة عالية بما يكفي للتصوير. هنا ، نمت الخلايا على شريحة سيليكون ، وتعمل بنقاط كمومية ، وتم إصلاحها باستخدام بروتوكول تثبيت الجلوتارالديهايد. تم تصوير الخلايا في الماء وتظهر البنية غير المنهارة للخلية مع وجود نقاط كمومية فردية مرئية على سطح الخلية. لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لتصور المواد الحيوية باستخدام SEM. يجب أن تفهم الآن كيفية عمل SEM ، وكيفية تحضير العينات البيولوجية وتصويرها ، بالإضافة إلى بعض تطبيقات تقنية الهياكل الحساسة. شكرا للمشاهدة!

Education

JoVE Science Education

Engineering

الهندسة

Biomedical Engineering

الهندسة الطبية الحيوية

SEM Imaging of Biological Samples

sem sample prep for biological imaging

Scanning electron microscopy (SEM) is used to image biological samples after careful preparation. SEM uses an electron beam in a vacuum to nondestructively view conductive materials and surface features. It works like an optical microscope, but it gives much higher magnification and resolution.

The difference comes from the beam used to form the image. Optical microscopes are limited by the diffraction of visible light, which has a wavelength of about 500 nm. SEM uses an energized electron beam with a wavelength of about 1 nm, so it can resolve much smaller features and study nano- and microstructures.

This demonstration focuses on sample preparation and the first steps of image acquisition for a biological sample. The example used is a collagen-hydroxyapatite (HA) cellular scaffold. Because the SEM runs in a vacuum, and because non-conductive samples such as organic matter can charge under the electron beam, preparation is an important part of the process.

The module also compares imaging methods based on resolution, depth of focus, and sample type. These strengths and limits help determine whether SEM is the best choice for a given biological sample. The goal is to help students understand when SEM is useful for studying structures too small for optical microscopy.

SEM Sample Prep for Biological Imaging

imaging biological samples with optical and confocal microscopy

imaging-biological-samples-with-optical-and-confocal-microscopy

Optical vs. Confocal Microscopy for Brain Samples

Optical and confocal microscopy are used to image biological samples, including a sectioned piece of mouse brain. These methods help scientists compare how sample type, resolution, and depth of focus affect image quality. They are especially useful in biology labs that study larger biological structures. Optical microscopes have been used for centuries, and modern tools such as confocal imaging and digital image processing have expanded what they can do. Even so, the best optical microscopes...

sem imaging of biological samples

Scanning electron microscopy (SEM) is used to image biological samples after careful preparation. SEM uses an electron beam in a vacuum to nondestructively view conductive materials and surface features. It works like an optical microscope, but it gives much higher magnification and resolution. The difference comes from the beam used to form the image. Optical microscopes are limited by the diffraction of visible light, which has a wavelength of about 500 nm. SEM uses an energized electron...

biodistribution of nano-drug carriers: applications of sem

biodistribution-of-nano-drug-carriers-applications-of-sem

Nanoparticle Tracking in Organs with SEM

Metal and magnetic nanoparticles are used in targeted drug delivery and controlled drug release. In biomedical research, these particles are often compared with polymeric and liposomal carriers because those materials are biocompatible. Current work also focuses on metallic and magnetic nanoparticles, which can be useful for drug and gene delivery and for therapy. Gold, silver, and paramagnetic nanoparticles are common examples in this field. These materials were first used as contrast agents...

high-frequency ultrasound imaging of the abdominal aorta

high-frequency-ultrasound-imaging-of-the-abdominal-aorta

Ultrasound Imaging of Small Blood Vessels

High-frequency ultrasound imaging can show the shape and blood flow of small pulsatile arteries and veins. The system used here provides high-resolution images of vessels in mice and rats. It is a practical way to study vessel morphology and hemodynamics, which means vessel structure and blood movement. Ultrasound is a relatively inexpensive, portable, and versatile method for noninvasive vessel assessment. It can be used in humans as well as in large and small animals. Compared with computed...

quantitative strain mapping of an abdominal aortic aneurysm

quantitative-strain-mapping-of-an-abdominal-aortic-aneurysm

3D Strain Analysis of Aortic Vessel Motion

3D strain analysis of aortic vessel motion helps show how an abdominal aortic aneurysm deforms over time. Strain is a measure of relative deformation, and it can be used to describe how soft tissue changes shape under load. Blood vessels, skin, tendons, and other organs are made of elastin and collagen, which give them elasticity and strength. The arrangement of these fibers depends on the soft tissue type. Some tissues have one main fiber direction, while others form more complex mesh-like...

photoacoustic tomography to image blood and lipids in the infrarenal aorta

photoacoustic-tomography-to-image-blood-lipids-infrarenal

Label-Free Imaging of Aortic Blood and Lipids

Photoacoustic tomography (PAT) is a biomedical imaging method that uses light-generated sound waves to study tissue composition. It can detect blood and lipid components in the infrarenal aorta, the lower part of the aorta below the kidneys. This makes PAT useful for cardiovascular research and tumor imaging. PAT addresses several limits of current imaging methods. Many existing techniques can take a long time, cost a lot, use harmful contrast agents, or require more invasive procedures. Some...

cardiac magnetic resonance imaging

Gated MRI of Mouse Heart Motion

Gated MRI of mouse heart motion uses high-field, small-bore magnetic resonance imaging with physiological monitoring. It records cine loops, which are moving image sequences, of the murine cardiovascular system. This approach helps assess left-ventricular function, show vascular networks, and measure organ motion caused by breathing. Several small animal imaging methods can be used for the same type of study. High-frequency ultrasound offers high spatial and temporal resolution, but imaging...

computational fluid dynamics simulations of blood flow in a cerebral aneurysm

computational-fluid-dynamics-simulations-blood-flow-cerebral

Using MRI Data to Model Blood Flow

Computational fluid dynamics, or CFD, can model blood flow from patient- or animal-specific vessels. In this approach, subject-based vessel segmentations are built first. Then open-source and commercial tools are combined to create a high-resolution numerical solution inside a flow model. These simulations help researchers study hemodynamics, which is the way blood moves through vessels. Hemodynamic conditions are linked to the development and progression of atherosclerosis, aneurysms, and...

near-infrared fluorescence imaging of abdominal aortic aneurysms

near-infrared-fluorescence-imaging-of-abdominal-aortic-aneurysms

Fluorescent Probe Imaging for Aortic Aneurysms

Near-infrared fluorescence imaging uses fluorescent probes to visualize biomolecular structures inside tissues. It is a useful optical method for studying disease in living systems. The technique can show specific targets without the limits of some conventional imaging methods. Compared with single photon emission computed tomography (SPECT) and positron emission tomography (PET), near-infrared fluorescence imaging is rapid and high-throughput. It also does not use ionizing radiation. These...

noninvasive blood pressure measurement techniques

noninvasive-blood-pressure-measurement-techniques

Portable Blood Pressure Monitoring Methods

Portable blood pressure monitoring uses cuff-based methods to measure systolic and diastolic pressure in humans and rodents. These approaches rely on the same basic hemodynamic principles, or how blood moves and creates pressure in vessels. The page focuses on how current cuff technology works and why it is useful in both clinical and research settings. For humans, commercially available cuffs can connect to mobile devices and are usually small and easy to carry. That makes it possible to take...

acquisition and analysis of an ecg (electrocardiography) signal

acquisition-and-analysis-of-an-ecg-electrocardiography-signal

ECG Lead I Signal Recording and Analysis

An ECG signal records the heart's electrical activity from electrodes placed on the body. It shows heart rhythm and can help reveal cardiac problems such as poor blood flow to the heart and structural abnormalities. The signal comes from action potentials created by contractions of the heart wall. These electrical currents spread through the body and create different electrical potentials at different points on the skin. Electrodes, which are biological transducers made of metals and salts,...

tensile strength of resorbable biomaterials

tensile-strength-of-resorbable-biomaterials

How Resorbable Sutures Change in pH

Resorbable sutures are tested for strength as they break down in different pH conditions. These sutures are designed to hold a wound closed long enough for healing and then gradually disintegrate in the body. The study compares how that strength changes after exposure to neutral, acidic, and alkaline solutions, which represent pH environments found in the human body. Sutures have been used for more than 4000 years as a medical tool. Early records describe linen as an early biomaterial, and...

micro-ct imaging of a mouse spinal cord

X-Ray Imaging for 3D Tissue Scans

X-ray imaging can show the inside of an object without cutting it open. In this high school science topic, micro-CT uses many 2D X-ray projections to build a 3D view of a sample. The result is similar to a medical X-ray, but it gives depth information instead of just a flat image. X-rays have played an important role in science for a long time. Their discovery and accidental use led to the first Nobel Prize in Physics. The famous 1895 image of Dr. Röntgen’s wife’s hand shows the same basic...

visualization of knee joint degeneration after non-invasive acl injury in rats

visualization-knee-joint-degeneration-after-non-invasive-acl-injury

Micro-CT Mapping of ACL Injury Damage in Rats

ACL injury in the knee can lead to post-traumatic osteoarthritis, or PTOA, which is joint damage that develops after an injury. About one-third of people show signs of PTOA on X-rays within the first decade after ACL injury. Although ACL reconstruction restores knee stability, it and current rehabilitation methods do not prevent PTOA. Rat models are widely used to study how ACL injury leads to PTOA. The most common method is ACL transection, where the ligament is cut to destabilize the joint.

combined spect and ct imaging to visualize cardiac functionality

combined-spect-and-ct-imaging-to-visualize-cardiac-functionality

SPECT/CT Imaging for Mouse Disease Tracking

SPECT/CT imaging combines nuclear imaging and X-ray imaging to study mice. It uses a radionuclide, which is a radioactive tracer, that is injected into the animal. After the tracer spreads through the body, the mouse is scanned and the images are reconstructed into a 3D dataset. This method can show anatomy, physiology, and metabolism in one experiment. That makes it useful for improving disease diagnosis and for tracking how a disease changes over time. Because it provides both functional and...

biomedical engineering

This collection describes the central concepts in biomedical engineering with a focus on imaging techniques to visualize and detect medical conditions, methods to quantify biomechanical strain, and computational modeling to simulate blood flow.

Learn how SEM sample preparation supports high-resolution imaging of biological samples, including a collagen-hydroxyapatite scaffold and vacuum-related challenges.

SEM Sample Prep for Biological Imaging

Description

Transcript

Tags