超薄切片技术

1、第四章 超薄切片技术,一、生物样品制备技术的重要性,二、TEM样品制备技术分类,四、超薄切片技术概述,第一节 基本概念,三、扫描电镜样品制备技术,二、TEM样品制备技术分类,1、超薄切片技术（普通） 2、冷冻超薄切片技术 3、冷冻置换和低温包埋技术 4、金属投影技术 5、表面复型技术 6、冷冻(断裂)蚀刻及复型技术 7、免疫电镜技术 8、电镜细胞化学技术 TEM，SEM共有 9、电镜放射自显影技术,1、表面镀金（喷镀）技术 2、组织导电技术 3、冷冻断裂技术 4、离子蚀刻技术 5、临界点干燥技术 6、冷冻干燥技术 7、铸型观察技术（复型） 注： 最基本、最经典的还是超薄切片技术,SEM,TEM

2、共有,三、扫描电镜样品制备技术,四、超薄切片技术概述,1、超薄切片,样品厚度在10100nm之间的切片为 石蜡切片h=10m(550m) 超薄切片TEM专用，一般500700,2、制作超薄切片的必要性,1). 增加电子透射能力 2). 电镜的场深大，切片太厚，上下结构重 叠,使得图像不清楚 3). 减少色差 4). 减少样品对电子的吸收,细胞的细微结构保存良好，没有明显的物质凝聚、丢失、添加等人工效应 切片厚度500700为宜 ,小于1000 太薄：高，反差低 太厚：低，反差好，结构重叠，电子甚至 不 能穿透 切片应耐电子束的强烈照射，不变形，升华 切片能够适当被染色，保证一定的反差 切片均匀

3、，无皱褶、刀痕，无染色剂或其他 化学物质的沉淀,3、对超薄切片的要求,取材固定脱水渗透包埋聚合修块切片染色,4、超薄切片制备的一般程序,第二节 普通超薄切片技术,操作规则:快,小, 冷,准,稳,轻(防损伤) 快：动作迅速,快取,投入固定液 小：样品体积小,动1mm3,植宽1，长34 冷：04 准：取的部位准，有代表性、目的性 轻：操作轻巧，避免拉、锯、压,一、取材,1、含义,指从生物体上取下要观察的组织块,2、取材操作规则,注意：由于水解酶的作用可引起细胞自溶,动物材料 麻醉解剖 戊二醛预固定（ 04， 25） 在预冷的玻板上细切（1mm3） 戊二醛前固定 (13h) 漂洗（1030min）

4、1锇酸后固定 (12h) 植物材料 叶片宽1，长34，有时需脱蜡 根茎果实1mm3 单细胞：洗去有机成分固定预包埋切块,3、取材方法,A、按样品类别分为,B、按取材地点分为,野外取材：冰壶 实验室室内取材,1、概念：用化学或物理方法迅速将细胞、组织杀死,同时把从细胞间的联系到细胞器的分子结构等全部组织的活体形态、精细结构及其组成真实的保存下来. 2、常用的固定方法 化学方法：锇酸（OsO4), 戊二醛 （C5H8O2), 甲醛(HCHO)，高锰酸钾KMnO4、 重铬酸钾、丙烯醛 物理方法：冷冻，干燥，高温,二、固定,一）固定的基本知识,把细胞中的动态系统定格，要求生命过 程立即停止,细胞和它周

5、围组织中的半液 体内含物立即凝固而不分解,接近细胞有 机体的生活状态 防止以后的制备过程中丢失或添加成分 使其在电镜下有良好的电子反差,3、固定的目的,4、固定的标准 细胞内膜结构线条清晰连续不断，细胞基质无明显溶泡和颗粒凝集,1）组成： 固定液：固定剂缓冲液 2）作用： 破坏细胞的酶活性系统 稳定细胞物质成分，并保存之 接近细胞生活状态的渗透压,使细胞不收缩或膨胀 在组分的分子之间建立交联，提供骨架稳定细胞器的空间构型 提供一定的电子反差,5、固定液的作用,1）渗透力强，穿透速度快，能迅速达到组织块的各部位，立即杀死细胞，以尽量减小死后变化 2）稳定细胞成分和结构，使各种结构成分凝固或变性，

6、以保证后续的各种处理中物质不溶 解、不丢失 3）使细胞不变形，保持各种结构生活时形状，不产生人工假象，以保证电镜图像的真实性。 4) 能保存一定的酶活性,以供细胞化学的测定 5) 最好提供一定的反差 ,并有防腐作用,二）常用的固定剂,1、常用、理想固定剂应具备的条件,优点： 几乎和细胞内所有成分发生化学结合 对氮具有较强亲和力，对含有蛋白质的细胞结构固定作 用良好 可保存脂肪,形成脂肪-锇复合物 Z=76，增加膜的反差 对磷脂蛋白、核蛋白保护很好,2、理想固定剂,1）锇酸（OsO4,锇酸缺点： 不能固定糖元、碳水化合物、核酸，对微管固定效果差 酶的钝化剂，不能用于细胞化学研究 分子量大,渗透能

7、力差，要求组织块小 固定时间不宜过长 可与乙醇、醛类氧化还原反应生成沉积 有挥发性、剧毒,2）戊二醛（ C5H8O2,优点,固定迅速，样品块可以大于1mm3 能保存糖元、蛋白质、核蛋白，核酸，尤其对微 管，内质网等固定效果最好，对细胞内结构有较 强的亲和力 可长时间固定（7天），适于野外取材 不易使酶失活，适于细胞化学研究 不挥发，但容易经皮肤吸收，对呼吸道粘膜有 刺激性,双固定法：指用戊二醛对样品前固定，漂洗后使用锇酸对样品进行后固定，这种使用两种化学试剂分别前后对样品进行固定的方法称为双固定法,3) 甲醛（HCHO） ：甲醛戊二醛 滲透速度快、固定迅速，对酶活 性的保护优于 戊二醛，经济方

8、便 4) 高锰酸钾（KMnO4) 磷脂蛋白，对神经髓脂质很好，细胞膜性结 构、叶绿素固定良好,1、缓冲液：一种仿效细胞外液成分，对细胞富有生理保护功能的溶液 2、缓冲液主要作用 维持稳定的pH值 提供适当的渗透压 提供适当的离子成分使样品不抽提，不沉淀 3、附加剂： 调节渗透压，NaCL, CaCL2，蔗糖，葡萄糖,三）缓冲液和附加剂,储备A液(0.2M):磷酸氢二钠 (Na2HPO4.2H2O)35.61g加水定容1000ml 储备B液(0.2M):磷酸二氢钠 (NaH2PO4.2H2O)27.6g加水定容1000ml 0.1M磷酸缓冲液（PBS），由储备A液(0.2M)和储备B液(0.2M

9、)按上表比例合成，然后稀释定容到100ml。 优点：对细胞无毒害，便宜，易于大量配置 缺点：易产生沉淀，不稳定，易受到细菌污染,磷酸盐缓冲液,4、常用缓冲液,巴比妥盐 对锇酸适用，戊二醛不能，不长期保存 二钾胂酸盐 可长期保存，有毒，有臭味,四）、固定,1、固定液的配制,单固定： 戊二醛或锇酸单次固定13小时 双固定： 前固定（戊），漂洗，后固定（锇） 多重固定： 用三种以上的固定剂对样品进行固定,2、固定的方法,1）按固定液的成分划分为,2）按固定方式分为,a. 浸泡固定 b. 体外固定 c. 原位固定 d. 灌流固定,固定操作示意图,漂洗操作方法,1) 固定液的浓度:戊二醛1-5%,锇酸1

10、-3% 浓度低固定时间长细胞质的抽提,组织肿胀 浓度高易损细胞微结构,OsO4或KMnO4可使蛋 白质分子氧化而断裂 2) 固定液的渗透压： 渗透压低细胞器或整个细胞膨胀 渗透压高细胞收缩 3) pH值：植物6.87.1,动7.27.4 4) 固定的温度：04 但低温对细胞微丝、微管有害 5) 组织块的大小：0.51mm3 6) 固定液的用量，一般为组织块的500倍,3、固定注意事项,三 脱水(dehydrate,1. 定义： 用适当的有机溶剂取代组织和细胞中的 游离态水分的过程。 2. 脱水的原因： 包埋时一般使用非水溶性包埋剂，为了更好的包埋样 品，提高包埋质量必须对样品脱水； 湿样品反差

11、低、必须干 燥； 含水样品在高真空下容易被破坏。 3. 脱水的原则：逐级梯度脱水(80%及以前4) 305070809095(每次5 15min)100(23次，每次15min)100环 氧丙烷(乙醇脱水时必须的一步骤,15min,4. 常用的脱水剂： 乙醇、丙酮、甲醇、乙二醇、聚乙二醇、 环氧丙烷、包埋剂的单体。 5. 脱水注意事项: 脱水要彻底 更换液体动作要迅速 脱水时间不宜过长 固定后的 样品要充分漂洗,附加步骤：块染（Block Staining,块染：在脱水前或脱水时对组织块进行的染色叫块染。（在切成片之后的染色可称为“片染”,脱水前染色： 双固定 漂洗 0.54%的醋酸双氧铀染色

12、，1h,4脱水,脱水时染色： 脱水至70乙醇 硝酸铅的70乙醇饱和溶液中2h,4 70乙醇漂洗 继续脱水,四 渗透与包埋,目的：使包埋剂逐步渗透到组织细胞内部,以便与 细胞外的包埋剂同时聚合，以保证切出优质 的超薄切片。 步骤：渗透，包埋，聚合 （一）、渗透（Infiltrate) 渗透：用另一种溶液或混合液逐渐取代组织内的脱 水剂（或前介质），使细胞内外所有的空隙 被渗透液填充。 脱水剂的比例包埋剂纯包埋剂 脱水剂:包埋剂3:1 1:1 1:3 纯包埋剂,渗透时间表(小时,包埋：将渗透好的样品块放入到适当的包埋模具中，灌装上纯包埋剂包埋，经加温聚合形成一种固体基质，牢固地支撑整个细胞结构或组

13、织，同时又不混乱其空间联系，制成适于机械切割的固体包埋块,二）、包埋(embedding,1、包埋剂应具备的条件,聚合有良好的切割性能，软硬度易调节 粘度低,易渗透 溶于脱水剂 电子透明度好,并具有一定的反差 聚合要充分、均匀，聚合温度要尽可能低 本身无结构 热稳定性好,可耐电子束轰击 来源丰富，且各批号性能尽可能一致 切片易染色,且对人体无害,2、常用包埋剂,1) 甲基丙烯酸酯 优点：分子量小，粘度低,易渗透；,硬度易 调节，切割性能好；电子透明度高，电子反差 好；无毒性，便宜 缺点：聚合需要一定条件；聚合后体积变 化大，聚合损伤大；不稳定，不耐电子束轰击 易升华或蒸发 2) 聚酯树脂 优点

14、：对样品损伤小，耐电子束的轰击，聚 合收缩小，适合于细菌和植物组织等硬样品， 缺点：不稳定，易脆裂,3）水溶性包埋剂 常用试剂：乙二醇甲基丙烯酸酯（GMA），聚乙二醇 (PEG),甲基丙烯酸羟酸酯（HPMA) 注意：GMA需低温包埋，聚合时GMA和HPMA需 紫外照射 应用：适于电镜细胞化学和组织化学研究 4) 环氧树脂类包埋剂： 特点：聚合收缩率低，均匀，对样品损伤小，耐轰 击，但切片困难，染色后反差小，有刺激作用 常用试剂：Epon-812 ,国产618，ERL4206 Epon-812：甘油多聚酯，低粘度，易渗透 加速剂：DMP-30（2，4，6三（二甲基氨 基甲基苯酚） 固化剂：DDS

15、A（十二烷基琥珀酸酐），块软 MNA（六甲酸酐） ，块硬,3. 常用配方： Epon-812配方（1961，Luft) A液： Epon812 5ml DDSA 8ml B液： Epon812 5ml MNA 7ml 最终： A液13， B液15， DMP-30 16滴（12%） 夏天：A：B=2：8（A多软） 冬天：A：B=1：9（B多硬,2） 国产618配方: 618 12ml +DDSA 8ml +DBP(增塑剂，苯二甲酸二酯丁）0.61.6ml +DMP-30 0.20.4ml (13滴） （3） ERL-4206:低粘度,易渗透 4, 包埋方法: 常规包埋: 定向包埋: 浅槽包埋、二

16、次包埋、加条包埋,三）、聚合,37（12h)45 (1248h) 60 (2448h) （四）、注意事项 1、一切器材均须烘干 2、配制包埋剂时，逐项加入试剂并搅拌 3、做好的包埋块置于干燥器中 4、配制包埋剂不宜长时间存放，室温下 也有一定程度聚合,渗透、包埋、聚合操作图,五 超薄切片,A. 载网: 1、作用： 承载样品,以便后续染色和观察 2、分类 从材料:铜,镍,钼,金,银,铂,不锈钢, 尼龙，碳 形状上分:圆型,蜂窝,正方形,长方形 单孔型,狭逢型 大小:d=23mm,h=0.1mm 目：一英寸的线段上具有的孔的数目 常用180230目（让70电子束通过,一）、载网和支持膜,3、载网的

17、特点 大孔径(目数少)：电子透过率高，支持性差， 在低倍、分辨率低、大视野 场合下使用 小孔径(目数多)：反之 4、载网的清洗： 目的：清洁，除去静电 新网：丙酮或乙醇浸洗，双水洗 旧网：溶膜酸碱,超声,离子蚀刻,点击返回,B. 支持膜的制备 1、特点: 本身无结构 电子透明度高 机械强度高,耐电子束的轰击,稳定性好 不与样品发生反应 厚度适中,150 2、常用支持膜 福尔莫瓦膜（Formvar): 聚乙烯醇缩甲醛，0.2%0.5%氯仿溶液， 机械强度高，制作简易 火棉胶膜：强度低，制作简易，12 醋酸异戊酯溶液,帕罗丁膜：30醋酸戊酯溶液，强度稍 高于火棉胶膜 碳膜：机械轻度高，化学稳定好。

18、适于 高分辨率样品，需专用仪器： 真空喷镀仪 复合膜：有机膜碳膜（50100） 微孔支持膜(微筛)：高分辨率用 哈气法、甘油法、气压法,返回,返回,返回,返回,二）、制刀,1、刀的种类： 玻璃刀，钻石刀 2、玻璃刀的制作: 玻璃要求:硬,含硅高（7275%), h=48mm，宽25mm、38mm，长30cm 步骤： 洗涤玻璃条，并晾干 制成小方块，对角折断 检查刀刃,检查的标准： 中左端平直无缺损 右端稍上翘 显微镜下刀刃有明亮的应力线 制刀的手段 手工制刀， 专用制刀机制刀（LKB7800,钻石刀,三） 装水槽,1. 方法: 装塑料模具水槽 自制胶带水槽 2. 槽液的要求 不与材料发生化学反

19、应 干净无杂质 液面与刀口基本平行 低粘度,蒸发量小 有一定的表面张力,有利于漂浮切片 3.常用的槽液： 双蒸水、二甲基亚砜（DMSO）、 甘油水溶液等,玻璃刀口的选择,玻璃刀、载网、包埋块及塑料模具水槽,四）修块,1.目的 除去组织周围多余的包埋介质和 不感 兴趣的部分，以提供较大的有效观察面积 含组织块的区域和不含组织块的区域硬度 不同，经过修块，尽可能除去组织块外的 空白包埋介质，使要切的部分硬度一致， 切出高质量的切片 修成一定形状、大小的包埋块截面，便于 连续切片,2. 修块的方法 手工修块： 粗修：四棱台型 细修：小四棱台塔型或二层四棱台型 （Mesa型），顶面积0.1mm2， 四

20、个侧面要整齐、规则 机械修块： （专用修块机或超薄切片机） 先修顶面暴露样品 后修四个侧面,五）、切片,1、超薄切片机 (Ultramicrotome) 按进刀原理分为： 机械推进式：AO型 热膨胀式：I膨胀切片厚 LKB(，），CQR1 冷缩式 LKB切片机构造 切片的原理 加热线圈金属臂膨胀推进样品 电动机驱动样品臂上下运动切削 2、切片操作步骤： 装块装刀对刀加水切片捞片,返回,3、切片原则： 1）刀角、前角，切速参数的选择原则： 软硬适中的包埋块，45刀角，35前角， 25mm/s 包埋块硬,小刀角,切速小； 包埋块软,大刀角,切速大 较薄样品,切速大20mm/s 要获得较大面积的切片

21、，切速1mm/s,2) 预先制作半薄切片的原则: 半薄切片的定义： 切片的厚度介于普通切片和超薄切片 之间的切片,0.52m 半薄切片的作用： 精确定位样品特征位置点， 并筛选包埋块,返回,4、切片厚度的判断,5、展片、捞片 6、超切注意事项 切片是否成功，对刀是关键 槽液用新鲜的重蒸水 切片时的温度2025，相对湿度60%， 室内无空气流动，清洁，防止震动 不损坏封固刀槽的石蜡,否则漏水 7、切片缺陷产生的原因及排除方法,六、电子染色,1. 电子染色(Electron Staining) 1) 概念: 利用高密度的重金属染色剂（铅、铀）与细胞某些微细结构或成分结合，以增加样品局部的电子散射能力，提高电镜图像反差的方法。 2) 原理： 结合重金属多的区域，t大电子散射 能力强电子密度大图像深暗 反之,2、常用染色剂(Pb,U盐） 1)铀盐：