생물학적 시료의 SEM 이미징

고에너지 전자 빔(일반적으로 5-30 keV에 이르는)이 시료에 도달하면 시료로부터 다양한 신호가 방출됩니다. 이러한 상호 작용은 지형, 결정학, 전기 전위 및 국소 자기장을 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 전자는 탄성 및 비탄력성 두 가지 유형의 산란을 겪습니다. 비탄력성 산란은 이차 전자의 방출을 일으킵니다. 이러한 저에너지 전자(~50eV)는 원자의 표면을 남기기에 충분한 에너지를 획득하는 시료 원자의 외조 전자입니다. 이차 전자의 산란은 샘플 원자를 떠나는 전자의 에너지 수준이 시료를 통과할 만큼 충분히 높지 않기 때문에 지형 정보를 제공합니다. 따라서 검출기에 의해 표면 수준 정보만 수집됩니다.

탄성 산란은, 반면에, 샘플 원자에서 빠진 전자에 의해 발생되지 않습니다. 도 1에서 볼 수 있듯이 핵과의 상호 작용 후 전자의 주빔이다. 이 전자는 그들의 에너지 또는 속도를 바꾸지 않습니다, 그러나 핵과의 상호 작용에 근거를 둔 그들의 방향을 변경합니다. 이러한 전자의 검출은 조성 정보를 제공하고, 다른 원자 중량의 원자와의 상호 작용시 의 다양한 대비를 제공하여 사용자가 시료 조성물의 차이를 구별할 수 있게 한다. 생물학적 샘플에서는 금또는 철과 같은 무거운 원자 중량을 가진 임베디드 또는 부착된 나노 입자 및 나노 구조를 연구하는 데 사용할 수 있습니다.

그림 1: 주 전자(PE)와의 원자 상호 작용 및 다른 신호를 생성하는 방법.

특히 생물학적 시료에 대한 샘플 준비는 중요한 절차입니다. 고해상도 SEM 이미지를 얻으려면 전자가 시료에 도달해야합니다. 그런 다음 전자와 시료 간의 상호 작용의 결과인 신호는 검출기에 도달해야합니다. 즉, 빔이 샘플에 도달하고 신호가 검출기에 도달하기 전에 전자산란을 방지하기 위해 계측기가 높은 진공 상태에서 작동해야 합니다. 이 진공은 매우 민감하며 시료에서 미립자 물질을 끌어 낼 수 있으므로 시료가 건조하고 미립자가 없는지 확인하는 것이 중요합니다.

샘플 준비의 또 다른 고려 사항은 전자 빔의 특성입니다. 빔은 고하의 입자로 구성되기 때문에, 비전도성 샘플이 전자 빔으로부터 고하의 입자로 포격될 때, 전자 빔의 편향에 영향을 미치고 빔 산란의 큰 증가를 유발하는 표면에 전하의 축적이 있다. 이미징 전에 전도성 층으로 샘플을 코팅함으로써 이미지내의 이러한 충전 아티팩트를 피할 수 있습니다.

여기에 설명된 방법은 대부분의 비전도성 재료에 적용할 수 있습니다. 충전 아티팩트를 완화하기 위해 코팅이 필요합니다. 콜라겐-HA 세포 비계는 다음 합성 단계에 의해 만들어졌다: HA와 콜라겐의 공동 침전복합 젤로, 슬러리 생성 및 동결 주조, 스캐폴드와 최종 건조를 교차. 이 최종 건조는 진공 건조기에서 5일 이상 완료되며 스캐폴드의 구조적 특성에 영향을 주지 않고 SEM 분석을 위한 샘플을 충분히 건조시 합니다. 그러나, 이미징 세포일때, 시료를 준비할 때 주요 관심사는 세포 구조를 보존하는 것입니다. 화학 및 수지 기반 고정 방법은 일반적으로 글루타랄데히드 고정 및 에폭시 및 아크릴 수지와 같은 세포의 구조를 보존하면서 세포를 관찰하는 데 사용됩니다. 전형적으로, 글루타랄데히드는 세포의 세포질에서 교차 갈래를 생성하지만 또한 pH에 있는 하락을 일으키는 원인이 되는 고정으로 이용됩니다. 따라서 글루타랄데히드로 샘플을 준비할 때 버퍼링이 필요합니다. 이러한 기술의 첨가는 셀의 구조가 살아있을 때 의 구조를 가장 유사하게 [3]할 수 있게 한다.

그림 2: 샘플 챔버(상단의 은용기)와 진공(왼쪽) 및 전류(오른쪽) 게이지를 보여주는 골드 팔라듐 스퍼터 코팅. 이 모델에서는, 2mA의 전류는 0.1 토르의 챔버 진공과 함께 사용되며, 이는 아르곤 누출 밸브를 사용하여 일정하게 유지됩니다.

그림 3과 4의 SEM 이미지는 이미지 구조가 마이크로 스케일 기능으로 매우 3차원임을 보여줍니다. 이미지 품질은 스퍼터 코팅의 초점과 두께에 의해 영향을 받습니다.

그림 3: 다음 이미지는 샘플 초점이 이미지 품질에 미치는 영향을 보여줍니다.  오른쪽 이미지에서 전체 시야가 초점을 맞추고 있는 반면 왼쪽에 초점을 맞추지 않습니다. 포커스와 같은 매개 변수를 사용하면 훨씬 더 나은 이미지를 제공할 수 있습니다.

그림 4: 콜라겐-하이드록시아타이트 샘플의 이미지.

여기서 우리는 초점의 깊이, 시야 및 전자 현미경의 최대 해상도 및 배율을 입증하고 이러한 특성이 생물학적 샘플을 보는 데 어떻게 사용될 수 있는지를 보여주었습니다. 이 데모는 시청자가 특정 응용 프로그램에 가장 적합한 현미경 모듈을 결정하는 데 도움이 되도록 설계되었습니다. 입증된 바와 같이, SEM은 매우 높은 초점 깊이, 훨씬 더 높은 해상도 및 더 큰 배율을 가지고 있습니다. 그러나 모든 샘플 유형에는 적합하지 않습니다.

이 데모는 전자 현미경 검사법의 원리를 소개하고 실험실에서 그들의 응용 의 몇몇을 보여주었습니다. 전자 현미경검사, 특성화 및 품질 관리에 사용됩니다. 예를 들어, 그들은 IC, 회로 기판, 균열 전파 및 나노 전기 기계 시스템을 시각화하는 데 사용됩니다. 생물학 분야에서이 악기뿐만 아니라 중요한 역할을한다. 젖은 생물학적 샘플을 수용하기 위해 특별히 설계된 전자 현미경도 있습니다. 이 생물학 견본은 조직에서 뼈, 세포 및 미생물에 구역 수색합니다. 추가 검출기를 사용하면 정확한 표면 분석과 같은 더 많은 분석을 수행할 수 있습니다.

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