透射電鏡常用的50-100 kV電子束來(lái)說(shuō),樣品的厚度控制在10~100 nm為宜。由于電鏡產(chǎn)生的電子束穿透能力很弱,需要把標(biāo)本切成厚度小于0.1 µm以下的薄片才適用,這種薄片稱為超薄切片(Ultrathin sectioning)。常用的超薄切片厚度是50-70 nm,也可進(jìn)行冷凍超薄切片。
超薄切片技術(shù)是為透射電子顯微鏡觀察提供薄樣品的專門技術(shù),研究材料類、生物類樣品的基本技術(shù),尤其是觀察細(xì)胞、組織、器官等的超微結(jié)構(gòu)以及亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)常用的技術(shù)。也是電鏡細(xì)胞化學(xué)、免疫電鏡等技術(shù)的關(guān)鍵性技術(shù)。它在生物學(xué)的發(fā)展過(guò)程中占據(jù)重要的地位,目前各種細(xì)胞、組織的超微結(jié)構(gòu)知識(shí)幾乎都是由它提供的。
冷凍超薄切片機(jī) Leica EM UC7
取材→固定→脫水→包埋(滲透、包埋、聚合)→超薄切片→電子染色(生物類)
取材→清洗→包埋(滲透、包埋、聚合)→超薄切片→電子染色(材料類)
生物樣品超薄切片要求:
(1)細(xì)胞的細(xì)微結(jié)構(gòu)保存良好,沒(méi)有明顯的物質(zhì)凝聚、丟失、添加等人工效應(yīng);(2)切片厚度50-100 nm為宜:太薄反差低;太厚反差好,但結(jié)構(gòu)重疊,電子束不能穿透;
(3)切片應(yīng)耐電子束的強(qiáng)烈照射,不變形不升華;
(4)切片能夠適當(dāng)被染色,保證一定的反差;
(5)切片均勻,無(wú)皺褶、刀痕,無(wú)染色劑或其他化學(xué)物質(zhì)的沉淀。
目地和要求
(1)新鮮。(材料離體后1-5 min內(nèi)進(jìn)入固定液,避免細(xì)胞自溶和結(jié)構(gòu)變化)
(2)體積小。(厚度<1 mm,長(zhǎng)度寬度均<5 mm,固定液滲透能力有限,組織太大會(huì)導(dǎo)致無(wú)法固定充分)
(3)機(jī)械損傷小。(動(dòng)作輕巧,器械鋒利,避免對(duì)組織的擠壓和推拉,建議用剃須刀片、手術(shù)刀片、手術(shù)剪刀。)
(4)低溫操作,器械、容器、固定液均需預(yù)冷(降低酶的活性,減少組織自溶)。
(5)取材部位準(zhǔn)確,且注意材料的方向性和定位。
目的和要求:終止組織細(xì)胞的生化過(guò)程同時(shí)把它們的超微結(jié)構(gòu)改變控制在最小范圍內(nèi),并保護(hù)這些結(jié)構(gòu)在后續(xù)的脫水、包埋等過(guò)程中不被破壞;將蛋白、離子等內(nèi)容物保留在原位,以便后續(xù)的研究。
(1)破壞細(xì)胞的酶活性系統(tǒng)
(2)穩(wěn)定細(xì)胞物質(zhì)成分,并保存之
(3)接近細(xì)胞生活狀態(tài)的滲透壓,使細(xì)胞不收縮或膨脹
(4)在組分的分子之間建立交聯(lián),提供骨架穩(wěn)定細(xì)胞器的空間構(gòu)型
(5)提供一定的電子反差
戊二醛(C5H8O2):滲透性好,保存蛋白質(zhì)、酶活性,穩(wěn)定糖元,無(wú)電子染色作用,固定脂類和膜差??砷L(zhǎng)時(shí)固定(低溫可達(dá)半年)。
鋨酸(OsO4):強(qiáng)氧化劑,固定脂類、膜結(jié)構(gòu),有電子染色作用;破壞酶活性。
多聚甲醛:優(yōu)良地保存酶活性,用于細(xì)胞化學(xué)。
緩沖液:仿效細(xì)胞外液成分,對(duì)細(xì)胞富有生理保護(hù)。維持穩(wěn)定的pH值;提供適當(dāng)?shù)臐B透壓;提供適當(dāng)?shù)碾x子成分使樣品不抽提,不沉淀。
固定方法:常用雙固定法,用戊二醛對(duì)樣品前固定,漂洗后使用鋨酸對(duì)樣品進(jìn)行后固定。 1.pH值:動(dòng)物組織7.2-7.4,植物6.8-7.0,高度含水組織8.0-8.4
2.緩沖液類型:磷酸緩沖液、緩沖液等,0.05-0.1 mol/L
3.滲透壓:KCl, NaCl, 蔗糖調(diào)節(jié)
4.固定劑濃度:戊二醛2-6%等
5.材料大?。?.5-1 mm3
操作步驟:
戊二醛固定液:有細(xì)胞壁的樣品5%,無(wú)細(xì)胞壁樣品3%。加入緩沖體系,確保生物樣本內(nèi)外滲透壓,避免細(xì)胞縮小或吸漲。
切取一小塊組織,置入預(yù)冷的戊二醛固定液(3-5%)中,4℃預(yù)固定20分鐘后,撈出置于潔凈的保鮮膜或培養(yǎng)皿上(已滴有預(yù)冷的固定液),在固定液中用將組織切成2-5 mm長(zhǎng), 2-3 mm寬, 1 mm厚的細(xì)條,移入盛有預(yù)冷的戊二醛固定液的離心管中,4 ℃固定過(guò)夜。1.植物細(xì)胞的細(xì)胞壁和液泡會(huì)阻礙固定液迅速滲入。植物材料內(nèi)部存有的空氣,往往使材料漂浮于固定液面之上,由此影響到植物組織的固定效果。組織放入戊二醛固定液后,可用真空泵抽出組織內(nèi)部的氣體,使材料沉入固定液中。2.動(dòng)物樣本的取材,可將動(dòng)物麻醉或急性處死后切取組織?;蛘卟捎迷还潭?、流灌固定后再切取所需組織。3.細(xì)胞培養(yǎng)的樣品,輕微并短暫離心,倒凈培養(yǎng)液后,加入預(yù)冷的固定液,4℃固定10 min后,低溫6000 rpm/min離心5 min(離心力不可過(guò)大,離心時(shí)間不可過(guò)長(zhǎng),避免機(jī)械擠壓),去上清,滴加新鮮固定液并重懸,4℃固定過(guò)夜。用適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑取代組織和細(xì)胞中的游離態(tài)水分,使之能與包埋劑混合。要求:脫水;更換液體動(dòng)作要迅速;脫水時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng);固定后的樣品要充分漂洗。30%→50%→70%→80%→90%→95%(以上步驟每次15-20 min)→100%(2-3次,每次15 min)→100%丙酮(20 min)
1.滲透:用包埋劑或混合液逐漸取代組織內(nèi)的脫水劑(或前介質(zhì)),使細(xì)胞內(nèi)外所有的空隙被滲透液填充,使包埋劑逐步滲透到組織細(xì)胞內(nèi)部,以便與細(xì)胞外的包埋劑同時(shí)聚合。包埋劑:聚合有良好的切割性能,軟硬度易調(diào)節(jié)粘度低,易滲透;溶于脫水劑;電子透明度好,并具有一定的反差,聚合要充分、均勻,聚合溫度要盡可能低;本身無(wú)結(jié)構(gòu),熱穩(wěn)定性好,可耐電子束轟擊;來(lái)源豐富,且各批號(hào)性能盡可能一致;切片易染色,且對(duì)人體無(wú)害。
常用Epon 812、Spurr、LR white等
步驟:逐級(jí)梯度滲透,脫水劑:包埋劑3:1 → 1:1 → 1:3 →純包埋劑2.包埋:將滲透好的樣品塊放入到適當(dāng)?shù)陌衲>咧校嘌b上純包埋劑包埋。3.聚合:加溫聚合形成固體基質(zhì),牢固地支撐整個(gè)細(xì)胞結(jié)構(gòu)或組織,制成適于機(jī)械切割的固體包埋塊,利于切片。步驟:37℃(12 h)→45 ℃(12-48 h)→60 ℃(24-48 h)制刀:常用玻璃刀、鉆石刀。刀上要裝水槽,并注入槽液。槽液要求:不與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng),干凈無(wú)雜質(zhì);液面與刀口基本平行;低粘度,蒸發(fā)量?。挥幸欢ǖ谋砻鎻埩?有利于漂浮切片。常用的槽液:雙蒸水、二甲基亞砜(DMSO)、甘油水溶液等。修塊:除去組織周圍多余的包埋介質(zhì)和不感興趣的部分,以提供較大的有效觀察面積。并修成一定形狀、大小的包埋塊截面,便于連續(xù)切片。可手工、機(jī)械修塊。
切片:裝塊→裝刀→對(duì)刀→加水→切片→撈片注意事項(xiàng):對(duì)刀是關(guān)鍵;槽液用新鮮溶液;溫度20~25℃,相對(duì)濕度60%;室內(nèi)無(wú)空氣流動(dòng),清潔,防止震動(dòng);刀槽密封,否則漏水。利用高密度的重金屬染色劑(鉛、鈾)與細(xì)胞某些微細(xì)結(jié)構(gòu)或成分結(jié)合,以增加樣品局部的電子散射能力,提高電鏡圖像反差的方法。染色實(shí)質(zhì)上是增大電子密度,電鏡圖像灰度不同。電子顯微鏡圖片均為黑白灰,無(wú)彩色。醋酸鈾:主要染核酸、核蛋白、細(xì)胞核、結(jié)締組織。要避光,有微弱的放射性
檸檬酸鉛:主要染膜結(jié)構(gòu)、脂類、核酸。易與CO2反應(yīng)成沉淀,染色中應(yīng)避免。
步驟:?jiǎn)稳荆恒U鹽單染,鈾鹽單染。
雙染色:醋酸雙氧鈾染色→漂洗→檸檬酸鉛染色→漂洗→干燥。雙染色較為常用。材料樣品取材后可用丙酮清洗樣品表面,直接包埋(滲透、包埋、聚合),超薄切片、電子染色(鋨酸熏染)。