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電子顯微鏡在多個(gè)場(chǎng)景中的應(yīng)用

   2018年12月07日 14:44  
  【中國(guó)儀器網(wǎng) 行業(yè)應(yīng)用】隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷深入發(fā)展,電子顯微鏡的應(yīng)用技術(shù)也日趨廣泛,作為觀察微觀世界的“科學(xué)之眼”——電子顯微鏡所具有的高分辨、直觀性的特點(diǎn)是任何其他科學(xué)儀器無(wú)法代替的,電子顯微鏡對(duì)醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、冶金學(xué)以及材料學(xué)學(xué)科的發(fā)展起了的作用,電子顯微鏡在許多學(xué)科的研究工作中已成為*的常規(guī)儀器。
 
  、電子顯微鏡在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用及進(jìn)展
 
  農(nóng)業(yè)科技工作者在動(dòng)、植物的疾病診斷、植物保護(hù)、良種繁育、品種分類和鑒定,性狀鑒別、成分分析、土壤改良等許多學(xué)科的生產(chǎn)和科學(xué)研究項(xiàng)目中做了大量工作,大大縮小了我國(guó)農(nóng)業(yè)電鏡與其他學(xué)科的差距。
 
  1.掃描電子顯微鏡在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用
 
  掃描電子顯微鏡(SEM)具有景深大、圖像立體感強(qiáng)、分辨率高、圖像范圍大以及樣品制備過(guò)程比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),已引起農(nóng)業(yè)科研人員的高度重視和青睞。掃描電鏡在農(nóng)業(yè)科研中主要是研究動(dòng)植物、微生物、昆蟲等不同組織和微小器官的表面形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu),從而加深理解它們?cè)谏頇C(jī)能上的應(yīng)用,探索有機(jī)體的生活規(guī)律。如:在昆蟲方便主要是提高對(duì)其微小器官的辨別能力、提高分類水平,同時(shí)進(jìn)一步弄清器官的作用,對(duì)昆蟲的外部形態(tài)進(jìn)行特征描述和比較,研究其形狀變化及其規(guī)律和結(jié)構(gòu)的特征以便有更深的了。在植物方面,研究農(nóng)作物的花粉、果皮、種皮表面花紋及種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)等特征,這在分類學(xué)上具有重要意義。在微生物方面,對(duì)研究真菌、放線菌、細(xì)菌的分類、辨別科屬、判斷病源等起較大的作用,尤其是對(duì)病菌的活動(dòng)、孢子發(fā)芽、侵入寄主等,用掃描電鏡觀察均能獲得滿意的效果。
 
  2.透射電鏡在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用
 
  透射電子顯微鏡( TEM) 主要是由電子光學(xué)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成。透射電鏡成像原理是用不帶有信息的電子射線,在通過(guò)樣品時(shí)與樣品發(fā)生作用,而當(dāng)電子射線在樣品另一面重新出現(xiàn)時(shí),已經(jīng)帶有樣品的信息,然后進(jìn)行放大處理,使人們能夠看到其內(nèi)部的微觀信息而進(jìn)行解釋。當(dāng)電子束與樣品物質(zhì)相互作用時(shí),可產(chǎn)生很多帶有樣品的信息,如透射電子、散射電子、二次電子等。透射電鏡的像反差是由入射電子通過(guò)樣品時(shí),發(fā)生的散射吸收差、衍射差和像位差來(lái)決定成像的。在農(nóng)業(yè)生物樣品觀察中,隨著電子顯微鏡分辨率的不斷提高,電子顯微鏡圖像的清晰度已將不*取決于電子顯微鏡的分辨率,而很大程度上取決于樣品的制作技術(shù)。透射電鏡農(nóng)業(yè)生物樣品常用的制備技術(shù)有:超薄切片技術(shù)、免疫電鏡技術(shù)、負(fù)染色技術(shù)、生物大分子電鏡技術(shù)等。植物病毒作為一類侵蝕被子植物、裸子植物和蕨類植物的重要病源物,在*范圍內(nèi)引起農(nóng)作物、果樹(shù)、花卉、牧草、藥用植物的病害,造成產(chǎn)量和品質(zhì)的下降,嚴(yán)重影響人類的生產(chǎn)生活。應(yīng)用電子顯微鏡技術(shù)在確定病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)、基因組織結(jié)構(gòu)及功能、病毒復(fù)制過(guò)程、病毒與寄主之間相互關(guān)系的深入了解,觀察細(xì)胞超微觀結(jié)構(gòu)病變方面具有其他方法不可替代的作用,為逐步揭示病毒的本質(zhì),終解決病毒、病害問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。
 
  二、電子顯微鏡在腫瘤診斷中的應(yīng)用
 
  電鏡能夠清楚識(shí)別細(xì)胞和細(xì)胞間質(zhì)中的超微結(jié)構(gòu),如細(xì)胞膜及其*的化
 
  學(xué)結(jié)構(gòu);細(xì)胞質(zhì)中的細(xì)胞器包含物、分泌顆粒、細(xì)胞核膜、核仁、染色質(zhì);間質(zhì)中的外板、基板、纖維結(jié)合點(diǎn)、肌絲、肌原纖維等。不同組織類型的細(xì)胞有其特征性的超微結(jié)構(gòu),即使是低分化腫瘤細(xì)胞仍會(huì)在很大程度上保留同源細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)特點(diǎn),電鏡就是從這些特點(diǎn)上判斷腫瘤細(xì)胞的組織類型和分化程度的。如
 
  鱗狀細(xì)胞的張力原纖維、橋粒;腺上皮細(xì)胞的連接復(fù)合體、微絨毛;橫紋肌細(xì)胞內(nèi)的肌原纖維;平滑肌細(xì)胞的肌絲等。
 
  腫瘤細(xì)胞在超微結(jié)構(gòu)上與正常細(xì)胞有差異,主要表現(xiàn)在細(xì)胞器和超微結(jié)
 
  構(gòu)分化不同步,鱗狀細(xì)胞癌的細(xì)胞質(zhì)中雖然有明顯的張力原纖維,但細(xì)胞間橋極少且發(fā)育差;細(xì)胞外形和超微結(jié)構(gòu)分化不同步,一些腫瘤細(xì)胞奇形怪狀,大小不一,從外形上根本無(wú)法判斷組織學(xué)類型,但在超微結(jié)構(gòu)下可以顯示組織分化的特點(diǎn),如類似卵巢性腺腫瘤的宮頸腺癌 ;細(xì)胞的多向性分化,正常體細(xì)胞分化時(shí)只對(duì)特定方向的基因開(kāi)放表達(dá),故細(xì)胞分化呈單一性,而腫瘤細(xì)胞可出現(xiàn)兩個(gè)以上分化方向,在超微結(jié)構(gòu)上必然有反映,如宮頸和肺的腺鱗癌嘲;異位性分化,一種組織類型的細(xì)胞在機(jī)體內(nèi)有特定分布,但腫瘤細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)例外,正常情況下宮頸、胸腺等組織中是看不到神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞的,但這些部位卻能發(fā)生神經(jīng)內(nèi)分泌小細(xì)胞癌。
 
  電鏡對(duì)于腫瘤的診斷并不優(yōu)于光鏡,一般也不用于判斷腫瘤的良惡性,因?yàn)閺募?xì)胞的超微結(jié)構(gòu)上還沒(méi)有哪一種結(jié)構(gòu)足以區(qū)別腫瘤的良惡性,尤其是對(duì)高分
 
  化的腫瘤。要想使電鏡保持其無(wú)以替代的地位,發(fā)揮更大的作用,提高診斷水平,就必須從幾個(gè)方面得到發(fā)展和提高。,改進(jìn)和簡(jiǎn)化標(biāo)本的制備過(guò)程,開(kāi)發(fā)新的固定包埋材料。在保持特異性和敏感性的條件下,降低對(duì)標(biāo)本的要求,以適應(yīng)多種類型標(biāo)本的檢查(新鮮組織、甲醛固定組織、石蠟包埋組織、實(shí)體組織、液體標(biāo)本、細(xì)胞標(biāo)本);第二,觀察者要有豐富的光鏡診斷經(jīng)驗(yàn),同時(shí)還要熟悉組織超微結(jié)構(gòu)及其病理,總結(jié)積累電鏡下各種腫瘤的診斷標(biāo)準(zhǔn)和要點(diǎn);第三,除了擴(kuò)大常規(guī)電鏡在臨床腫瘤診斷中的應(yīng)用,還應(yīng)積極將新型電鏡引人人體腫瘤的研究和診斷,拓展病理診斷的新領(lǐng)域。隨著電鏡方法學(xué)的發(fā)展,電鏡診斷技術(shù)必將有更大的變化和提高。
 
  掃描電子顯微鏡在刑事案件技術(shù)檢驗(yàn)中的應(yīng)用
 
  當(dāng)前,隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,犯罪分子反偵查手段的科技含量也在不斷提高,作案手段越來(lái)越呈現(xiàn)多樣化、智能化,偽裝、偽造現(xiàn)場(chǎng)、毀滅物證等問(wèn)題日益突出。許多刑事犯罪現(xiàn)場(chǎng)被人為掩蓋或破壞,偵查與反偵查的較量日趨激烈。在這場(chǎng)較量中,刑事技術(shù)發(fā)揮著*的作用。掃描電子顯微鏡由于其放大倍數(shù)率、分辨率和靈敏度高,同時(shí)具有快速、簡(jiǎn)便、檢材用量少且不破壞檢材等特點(diǎn),成為刑事技術(shù)檢驗(yàn)的重要工具,大大提高了微量物證在刑事案件偵破中的利用價(jià)值。
 
  爆炸案件能否偵破,關(guān)鍵在于在現(xiàn)場(chǎng)能否找到與犯罪相關(guān)的物證,并通過(guò)檢驗(yàn)為破案提供信息。但是,由于爆炸會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)造成巨大破壞,其他刑事案件中常見(jiàn)的指紋、足跡等與人相關(guān)的物證已很少存在,因此,爆炸殘留物的提取和檢驗(yàn)在爆炸案件偵破中具有十分重要的意義。利用掃描電子顯微鏡結(jié)合X射線衍射儀對(duì)爆炸殘留物進(jìn)行形態(tài)觀察和元素分析,可以有效地確定*的成分、種類、特點(diǎn),進(jìn)而給偵查提供方向,為破案提供證據(jù)。
 
  在刑事案件和交通案件中,經(jīng)常遇到被撞碎的燈泡殘片,確定涉案中燈泡是在開(kāi)燈或者閉燈狀態(tài)時(shí)被撞碎,對(duì)案件的偵查和道路交通事故的責(zé)任認(rèn)定具有重要的意義。利用掃描電子顯微鏡對(duì)殘存燈絲狀態(tài)進(jìn)行觀察和檢驗(yàn),確定熱斷或者冷斷,說(shuō)明燈泡的開(kāi)閉。
 
  槍彈發(fā)射過(guò)程所形成的射擊殘留物是槍擊案件中一種重要的法庭物證,射擊殘留物分析的結(jié)果對(duì)槍擊案件性質(zhì)的判斷、案件現(xiàn)場(chǎng)的重建、案件的偵查和法庭審判都具有重要的價(jià)值。射擊殘留物是指射擊時(shí)從槍口或槍支機(jī)件縫隙中噴射出的火藥燃燒生成的煙垢、未*燃燒的火藥顆粒、微量金屬屑和槍油等。氣體燃燒形成的殘留物一部分沉積在目標(biāo)上,一部分沉積在射擊者的手、臂和前胸等部位,以手上居多。射擊殘留物的無(wú)機(jī)成分來(lái)源于槍彈的底火,具有*的化學(xué)成分,如Sn、Pb、Sb、Ba等,粒徑一般在0.1~30 um 之間。射擊殘留物的發(fā)現(xiàn)、提取和檢驗(yàn),有助于偵查人員獲取槍擊案件的有關(guān)信息,是偵破槍擊案件的線索,也是證實(shí)犯罪的證據(jù)和判斷案件性質(zhì)(自射、他射)的重要依據(jù)。
 
  利用TEM鑒定爽身粉中的石棉
 
  滑石、金云母、粘土、白云石、淡斜綠泥石等礦物是化妝品中常用的輔料,這些礦物形成過(guò)程中常常伴生有石棉,如閃石石棉是滑石中常見(jiàn)的礦物之一。石棉進(jìn)人人體或與皮膚直接接觸,將會(huì)影響人們的身體健康。
 
  石棉屬于硅酸鹽類,是一種可剝分為柔韌細(xì)長(zhǎng)纖維的硅酸鹽礦物,按其成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu),通常分為蛇紋石石棉和角閃石石棉兩大類。蛇紋石石棉也稱溫石棉;角閃石石棉由于含有鈉、鈣、鎂和鐵,按成分不同,有青石棉、鐵石棉、直閃石石棉、透閃石石棉、陽(yáng)起石石棉等。透射電鏡具有更高的分辨率,可準(zhǔn)確鑒定粉狀化妝品中石棉的形貌和存在類型,是國(guó)外石棉鑒定標(biāo)準(zhǔn)中使用多的方法I川。特別是對(duì)于大氣粉塵、水體中的石棉檢測(cè),電鏡法十分有效。
 
  石棉屬于纖維狀礦物,纖維狀是指縱橫徑之比大于3:1的粉塵,在透射電子顯微鏡中,不同種類石棉具有一定的選區(qū)電子衍射圖譜。閃石類石棉結(jié)構(gòu)類型和衍射圖譜差異較大,根據(jù)選區(qū)電子衍射圖譜即可輕易判斷,但考慮到不同礦區(qū)閃石類石棉晶胞畸變導(dǎo)致衍射圖譜的位移和儀器測(cè)量誤差,故判斷范圍適當(dāng)擴(kuò)展。蛇紋石和角閃石礦物本身可有纖維結(jié)構(gòu)或非纖維結(jié)構(gòu)兩種,有纖維結(jié)構(gòu)的蛇紋石和角閃石才稱為石棉,且纖維狀蛇紋石石棉與綠泥石成分相近,因此,常規(guī)準(zhǔn)確鑒定樣品中是否含有石棉,需采用偏光顯微鏡和x射線衍射相結(jié)合的方法,但對(duì)于極為微小的石棉偏光顯微鏡就顯得無(wú)能為力。透射電子顯微鏡恰恰彌補(bǔ)了常規(guī)檢測(cè)中遇到的問(wèn)題,根據(jù)石棉的形貌、電子衍射圖譜和能譜結(jié)果,可確定石棉的結(jié)構(gòu)類型和晶格常數(shù),從而判斷爽身粉中是否含有石棉。
 

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