掃描電子顯微鏡在生物學領域的應用

更新時間2024-03-06
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掃描電子顯微鏡的出現為人類探尋微觀世界的奧秘提供了新方法、新手段。與光學顯微鏡相比，掃描電子顯微鏡具有高分辨、大景深、對樣品的損傷小、污染輕等優點，在基礎科學研究、生產工藝控制、新材料、新能源、生命科學、材料科學、生物學等領域有十分廣闊的應用。本文著重介紹掃描電子顯微鏡在生物學領域的應用，從孢粉學、硅藻檢驗、生物醫學方面進行闡述分析。

孢粉學

自然界中植物種類繁多，開花植物也很多，不同類型的植物花粉會具有獨特而穩定的形態特征，但是同屬植物的花粉形態往往具有很高的相似性，所以孢粉學研究在植物分類學方面具有重要的參考價值。不同種間花粉形態具有一定差異，利用掃描電鏡觀察花粉形態大小、萌發溝以及外壁表面紋飾，對種間劃分具有重要分類學意義。

通過掃描電子顯微鏡可以清楚地看到花粉表面形態、形狀、細節特征，例如蓮花花粉在掃描電鏡下為三溝型花粉，形狀呈橢球形且表面分布有細密的刺狀凸起；百合科葉花粉粒均呈舟形，遠極單萌發溝；檸檬種質花粉形花粉外觀形態為近球形、長球形和扁球形；白花油茶花粉總體呈長球形，具三( 擬) 孔溝，外壁紋飾為穴網狀，這些是光學顯微鏡無法做到的。利用掃描電子顯微鏡明晰植物花粉的形態差異性可為植物的系統進化、分類及親緣關系研究奠定一定的理論基礎。

圖1：花粉

硅藻檢驗

掃描電鏡具有高分辨率、大景深、對樣品無損等優異性能，并可以與X-射線能譜儀聯用，使其能夠快速對微小物質的表面形貌及微區成分進行全面分析，從而為法醫學提供客觀依據，為刑偵鑒定提供線索。

利用掃描電鏡對于人體組織、毛發、植物殘片、硅藻、花粉、昆蟲、微生物等生物進行檢驗鑒定，不會破壞物證的原始形態，可用于判斷死亡時間，為案件分析提供線索。硅藻檢驗法在法醫學溺死診斷中具有重要意義，通過掃描電鏡觀察硅藻的形態及類型能夠查出水域所在位置，若在衣物上發現異常類型的硅藻則可說明尸體被移動過。此外，還可以利用掃描電鏡對案件現場出現的射擊殘留物、玻璃、汽車涂料、花粉、橡膠、塑料、纖維、毛發、金屬、土壤等種類繁多的微量物證進行檢驗，是刑偵鑒定、法庭科學重要的分析手段。

圖2：硅藻

生物醫學

材料的微觀結構決定著材料的宏觀性質，掌握微觀信息對醫學工作者而言十分必要。掃描電子顯微技術的應用能從微納米尺度分析外科植入物的結構和化學組成，解析細胞結構、細胞亞結構、細胞超微結構以及病毒結構形態，是外科植入、病理分析等重要的研究手段。

掃描電鏡結合能譜儀不僅能得到樣品的結構與形貌圖，還能在微納米尺度下進行三維重構，并能給出相應的化學信息以及樣品表面的元素分析。例如利用掃描電鏡觀察肺組織的立體結構變化，特別是肺泡結構的形態變化，是研究高致病性侵害肺臟組織的機理的新途徑。掃描電鏡下的異型癌細胞顯示樹突狀，表面粗糙，且有形態各異的突起，細胞體積較大。根據細胞的超微結構變化，結合細胞的分子表達和免疫活性等生物學特性，可以為癌癥防治、靶向藥物、治療手段的研究提供強有利的幫助。

圖3：細胞

圖4：病毒

掃描電子顯微鏡是前沿科學研究重要的儀器設備，被科技日報列為國家35項關鍵“卡脖子”技術之一。以上所有觀測圖均使用KYKY系列掃描電子顯微鏡拍攝，幫助用戶更加直觀、便捷、智能地進行生物學研究。近年來，中科科儀陸續推出場發射槍系列掃描電子顯微鏡，性能指標達到國際水平，已廣泛應用于材料科學、生命科學、航天航空、環境保護、半導體制造等領域。同時，中科科儀積極響應國家政策和市場需求，研制多樣化的高端儀器，為科研及產業客戶提供定制化解決方案，解決高端儀器裝備的“卡脖子”問題，助力打贏科技儀器設備國產化攻堅戰！

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