扫描电镜冷冻制样及传输系统Cryo-SEM-分析测试中心.PDFVIP

扫描电镜冷冻制样及传输系统(Cryo-SEM)的应用 常规扫描电镜的样品室为高真空(10-3Pa)环境，要求观察的样品干燥无挥发， 而一些样品在干燥过程中会发生结构变化(如囊泡等自组装结构、凝胶、生物样 品等)，致使无法观察其真实结构，扫描电镜的低温冷冻制样及传输技术(Cryo-SEM) 可实现对液体、半液体及对电子束敏感样品的观察。 1. 扫描电镜冷冻制样及传输系统简介 冷冻扫描电镜的制样过程分为冷冻固定、冷冻断裂、升华及导电性喷涂，首 先是将样品进行冷冻固定，冷冻固定过程尽量保持样品的结构，使水在固化的过 程中不结晶而成为玻璃态的水，这样水的体积不会膨胀从而不会破坏样品的原始 结构，通常采用高压冷冻的方法和液氮泥快速冷冻方法。高压冷冻方法是在2100 个大气压的压力下用液氮将样品冷冻，在此条件下水呈玻璃态。液氮泥是将液氮 置于真空环境(约0.1Pa)，此时液氮为“泥”状，不沸腾，可快速冷冻样品，减少样 品中水结晶的可能。冷冻固定后的液态样品，经特殊的装置在真空且低温(-100℃) 的环境下将样品断裂，露出新鲜的断面，然后在真空且温度为-90 ℃的条件下， 水进行升华，将包裹样品的水升华后，进行导电性喷涂(一般喷Pt)。至此，冷冻 制样工作完成，即可将样品通过冷冻传输系统置于扫描电镜的冷台上（温度可低 至-160℃）进行观察。 图 1 是分析测试中心电镜室配置的扫描电镜冷冻制样及扫描电镜的冷台(配 置于扫描电镜S-4300) ，包括高压冷冻仪(及我们自行研制的液氮泥冷冻装置)、冷 冻断裂及喷涂仪、真空冷冻传输装置及扫描电镜中的冷台。 高压冷冻 冷冻断裂/喷涂 真空冷冻传输 Cryo-SEM 图 1. 扫描电镜冷冻制样及传输系统的组成 2.冷冻扫描电镜(cryo-SEM) 的应用实例 图2 为酵母细胞( 由酵母粉加水发酵制得)分别经高压冷冻和直接液氮冷冻制 样，然后冷冻断裂并进行导电性喷涂后置于扫描电镜中观察到的结构，可以看出 两种制样方法都可观察到不同截面断裂的酵母细胞，高压冷冻的制样方法较完整 的保持了酵母细胞的结构，而直接投入液氮冷冻的方法使得酵母细胞的结构受挤 压发生变形。 a) b) 图 2. 应用a)高压冷冻制样和b)直接投入液氮冷冻制样并由冷冻扫描电镜观察得到的电镜图 图 3 为表面活性剂形成的囊泡样品(胶体界面与热力学实验室样品)通过高 压冷冻制样，经冷冻断裂并导电性喷涂后，置于冷冻扫描电镜中观察得到的表 面形貌，可以看出经冷冻断裂，有些囊泡保持了完整的球型结构，有些则从中 间断裂，从而可以看到空囊的结构。若以常温的扫描电镜观察，样品需要先干 燥，而在干燥过程中囊泡会塌陷，无法保持其结构。 图 3. 应用扫描电镜冷冻制样及传输系统观察囊泡样品得到的扫描电镜图 图 4 为高分子/SiO2 复合微球样品(高分子物理与化学实验室样品)经高压冷 冻制样，冷冻断裂并导电性喷涂后，置于冷冻扫描电镜中观察得到的表面形貌， 可以看出此微球是由一个SiO 球 (直径约200nm)和一个高分子球(直径约400nm) 2 组成，由裂开的球看出高分子球为空心结构，SiO2 球内嵌在其中，整个微球表面 是比较光滑的，在溶液中还散落些小颗粒的物质，这些散落的颗粒物质并没有包 覆在球上，这证明在溶液中微球的表面并没有小颗粒物质吸附。而若应用常温扫 描电镜观察，在样品干燥的过程中，小颗粒会沉积在样品表面，无法判断小颗粒 在溶液中是否吸附在微球表面。 图 4. 应用扫描电镜冷冻制样及传输系统观察高分子/SiO2 复合微球得到的扫描电镜图 图 5 为水凝胶样品(胶体与界面实验室样品)经经冷冻固定、冷冻断裂并导 电性喷涂后，置于冷冻扫描电镜中观察得到的表面形貌，可以看出此水凝胶为 网状结构，相比于水升华 6min.得到的形貌，升华 30min.可以将网状结构中的 水充分升华，从而能够显现水凝胶的三维网状结构。因此，在实际样品制备 中，需要根据样品摸索合适的水升华时间。 a) b c)