电镜在生物医学中的应用.ppt

电子显微镜及其技术在生物医学中的应用概论 吴晓英教授中南大学湘雅病理系 超微结构与超微病理学 电镜 一 基本技术平台1 仪器 电子显微镜 electronmicroscope 简称电镜或EM 及制样设备 透射电镜 TransmissonEM TEM 内部结构 扫描电镜 ScanningEM SEM 表面超微结构2 样品制备技术或电镜技术 electronmicroscopy 超薄切片技术等3 图像识别和处理技术 诊断医师及技术员 1 何为电镜 电镜是使用电子来展示物件的内部或表面结构的显微镜 观察对象 无机材料 材料 化工 采矿有机材料 生物 医学 农学电镜 实质上是一类工具 是显微镜的一种 但系大型 贵重 精密仪器 其原理 结构与光镜显著不同 2 电镜基本原理电子具有波粒二像性且其波长比可见光的波长短 1924年 短波长能极大地提高分辨率 光镜受可见光的波长限制 其分辨率约200纳米 高速运动的电子在电场或磁场的作用下 会发生折射 并且能被聚焦 聚焦即能成像 电子射束取代可见光成为可能 1932年电镜诞生 3 电子显微镜术的发展史a 电子显微镜学 仪器 elcctronmicroscope电子显微镜 制样技术 elcctronmicroscopy电镜技术 图象识别和分析 处理技术 3 电子显微镜术的发展史b 电子显微镜学的发展 1933 目前分三个阶段实验阶段应用阶段普及阶段提高完善发展阶段30 50年代50 60年代60 70年代70 目前 58年我国生产了第一台电镜 南京光学仪器厂 1979年我校电镜室成立 购买H 600透射电镜 4 电镜种类按使用目的分 透射电镜 波谱仪 能谱仪 三维重构等 扫描电镜 波谱仪 能谱仪 超高压电镜分析电镜扫描隧道显微镜原子间力电子显微镜 按用途分 生物医学用电子显微镜非生物医学用电子显微镜按电子束发射方式分 非场发射 电子枪场发射 5 电镜与光镜的比较 由于光的衍射 LM放大倍数到一定程度时就图像模糊 而电镜用电子照明 可更清晰 分辨率是衡量电镜性能的重要指标 人眼分辨率 约0 2毫米 mm 光镜分辨率 0 2微米 m 电镜分辨率 0 2毫微米 nm 光镜的计量单位是微米 m 电镜的计量单位为毫微米 nm 和埃 如人体红细胞的直径约为7 m 人体细胞膜的厚度约为7 10nm 5 主要电镜技术 超薄切片技术 负染色技术 SEM电镜样品制备技术 冷冻超薄切片技术 电镜酶细胞化学技术 免疫电子显微镜技术 电镜放射自显影技术 核酸大分子电镜样品制备技术 电子探针 电镜原位杂交技术 6 透射电镜基本构成 采图统 CCD 1979年湘雅电镜室成立 购买H 600透射电镜 HitachiHT7700外观 2012年病理学新购 20 FeaturesofHT7700 ScreenCamera HT7700Newoperationenvironment 21 不同级别操作权限 23 IDB ImageDataBase 功能 24 IDB ImageDataBase 功能 雪旺氏瘤A型 长间距胶原 Laso体 H 7650 方便的直接测量HT7700 25 HT7700FeaturesandBenefits 26 FeaturesofHT7700 Double gapObj Lens双狭缝物镜 可以得到独有的低倍大视野 高对比度成像的特点 Double gapobjectivelens HCandHRinOneTEM 拍照 CCD相机的灵敏度约比通常的光学相机高40倍 具有更多的自动化功能 如自动聚焦 自动消像散 自动拍照等标准就具有图像数据库功能 测长 图像过滤功能等具有较强的扩展功能 如三维重构等由于CCD相机是和电镜是一体 因此可以通过手动控制板或PC机来控制CCD相机 在显示器上显示的图像 FeaturesofHT7700 Double gapObj Lens 80 mdia 50 mdia 20 mdia 10 mdia 28 Obj lensaperturesizeandcontrast 染色的影响 铀污染 铅污染 30 FeaturesofHT7700 Double gapObj Lens DigitalimageatthelowestHCmodemagnificationofx200Specimenarea 90 m2 Bottommountedcamera1kx1kpixel Specimen ThinsectionofhumankidneyDirectTEMMag x200 31 FeaturesofHT7700 Double gapObj Lens Specimen Humankidney Acc Volt 80kV Applications Highcontrastviewingofunstainedsections PharmaceuticalsandCosmetics 人皮肤100kV 70 000X 鼠肠细胞刷状缘100kV 52 000X Applications 髓神经 Applications Biofuels PlantScience 玉米叶片叶绿体 100kV 27 000X Applications 35 FeaturesofHT7700 Double gapObj Lens 36 FeaturesofHT7700 Double gapObj Lens 37 Tiling Continuousimagedataacquisition AutoMulti Frame AutoPanoramicImage FeatureofHT7700 IntegrationCCDCamera Usingbothstageandimageshiftan8Kx8Kimageisseamlesslycaptured Automulti frame Autopanoramicimagefunction Highlyaccuratealignmentisrealizedbycrosscorrelationimageprocessingandautomaticcontrastcorrection Montageconstitutedby64images 8x8 RatkidneyDirectMag 700 xAcc Volt 80kV 38 8kpixel 8kpixel AutoMulti framepanoramicimagefunction HT7700Characteristics AutoPanoramicImage 三 电镜及其技术在医学中的应用 基础医学临床诊断发展趋势 新应用 纳米材料检测 DNA构象 1 EM在医学中的应用 在基础医学方面 a 观察细胞的亚微结构 线粒体 内质网 高尔基体 溶酶体等细胞器的接构及病理变化 b 观察药物的代谢机理及对亚微结构的影响 c 研究病毒的作用机理及作用靶 d 探讨分子病理学的发生机制 e 研究大分子在生理和病理条件下的作用方式 f 其它 如功能蛋白质组的亚细胞定位 纳米药物的研制等 概述 在基础医学方面 细胞生物学 组织学 病毒学 病理学 分子生物学的发展中作出了巨大贡献并在继续应用中 EM及其技术在临床诊断中的应用 临床方面 已广泛应用于临床各种疑难病的诊断 如肿瘤cell来源的鉴别 血液病和肾脏病的分型诊断 病毒性疾病因诊断 支原体 衣原体的鉴别 神经系统疑难病和各种代谢性疾病的诊断 三 EM及其技术在临床诊断中的具体应用 1 电镜在肾脏疾病诊断及鉴别诊断中的应用a 原发性肾小球肾炎的分型 毛细血管内增生性系膜增身生性膜性肾病膜增生性微小病变型 轻微病变型b 继发性肾病 狼疮性肾炎糖尿病性肾病乙肝相关性肾炎高血压肾病 c 遗传性肾病 薄基底膜病 Alport综合症Barter综合症d 鉴别诊断方面的应用 分型 原发性 鉴别 肺出血综合症电镜观察最好每例2个以上不同病变的肾小球 还可以观察肾小管 内皮细胞 系膜细胞及上皮细胞的变化 d EM在肾活检诊断中的应用微小病变肾病 遗传性进行性肾炎 AlportSyndrom 良性家族性血尿 薄基底膜病 纤维样肾小球病 纤维样or微管样物质e EM在肝活检诊断中的应用 Wilson病 抗胰蛋白酶缺乏症胆色素代谢障碍 GilbeitS Dubin JohnsonS Rotor S卟林代谢疾病 IgA肾病 BM 紫殿性肾炎 淀粉样变 Cap内增生性肾炎 2 电镜在肝脏疾病诊断方面的应用 a 肝脏代谢性疾病的诊断电镜用于肝脏疾病诊断已有30年 某些肝脏疾病的确诊必须依赖电镜 糖原累积症鞘脂处积病 Farbry LysosomalstoragediseaseNiemann PickGaucher脂代谢性疾病铜代谢障碍 Wilson病肝淀粉样变性体质性黄胆 GilbertDubin JohsonROtor b 病毒性肝炎的分类 3 电镜在神经 肌肉疾病诊断方面的应用 1 中枢神经疾病 如2 周围神经系统3 肌肉 2010年2 5肌肉活检 肖美云 4 电镜在血液系统疾病诊断方面的应用 1 白血病 如毛细胞性白血病2 海蓝氏细胞增多症 5 电镜在病原微生物学中的应用 1 细菌 寄生虫2 病毒 SARSvirus3 弓形体4 衣原体 a EM在Virus性 细菌性疾病诊断中的应用 Virus是讫今为止人类认识的最小生命形态 由于很小 只能EM才能对他们进行直接而病毒性疾病的诊断往往离不开EM 优点 很多病毒对长时间缺血和福尔马林固定的影响有较较强抵抗力 其结构可以不被破坏 故尸检取得已石蜡包埋的材料 也可方便应用EM找Virus 方法 活检和biopsy组织 培养cell等 超薄切片 观察 血液 体液 EM负染色技术 可观察的内容 Virus大小 形状 排列 复制 成熟过程 芽生部位 病毒包含体的特征等 粪便中的甲肝病毒 负染色 6 EM在肿瘤诊断中的应用 1 区别癌与肉瘤 基板 细胞连接等2 区别连接复合体 Ca与间皮瘤鉴别3 区别大细胞肿瘤 鳞Ca 腺Ca 神经内分必Ca 恶性黑色素瘤 组织细胞增生X症 Birbckbody lysosomalstoragedisease 淀粉样变性糖原累积病 肌肉酶缺乏 7 EM在代谢性疾病诊断中的应用