冷冻传输扫描电镜Cryo

冷冻传输扫描电镜Cryo

冷冻传输扫描电镜Cryo-SEM的技术原理与操作

冷冻传输扫描电镜（Cryo-SEM）是一种高级的材料分析技术，它结合了低温样品制备与扫描电子显微镜（SEM）的高分辨率成像能力，特别适用于观察那些在常规条件下会变形或蒸发的样品，如生物组织、液体、半液体以及对电子束敏感的材料。

技术原理

1. 冷冻固定

Cryo-SEM的核心在于快速冷冻样品，以保持其自然状态。这通常通过高压冷冻或液氮泥快速冷冻实现。高压冷冻利用液氮在高压下将样品迅速冷冻至玻璃态，避免了水分结晶对样品结构的破坏。液氮泥则是通过在真空环境中使液氮不沸腾，形成“泥浆”状，快速冷冻样品，确保结构的完整性。

2. 冷冻传输系统

为了保持样品的低温状态，冷冻传输系统至关重要。它包括一系列低温装置，如气锁室、冷冻台和防污染器，确保样品从制备到成像过程中不经历温度变化，防止冰晶形成和样品污染。

. 样品制备

冷冻断裂：冷冻后的样品在低温下断裂，暴露新鲜表面。

升华：在真空环境下，使用低温条件去除样品表面的冰，保留样品结构。

导电性喷涂：为了提高成像质量，会在样品表面喷涂一层导电材料，如铂或金，减少充电效应。

4. 成像

样品通过冷冻传输装置移至Cryo-SEM的冷台上，温度可低至-160°C，然后在低温下进行电子束扫描，获得高分辨率图像。

操作流程

1. 样品准备：选择合适的冷冻方法，确保快速冷冻以避免结构损伤。

2. 冷冻固定：使用高压冷冻仪或液氮泥快速冷冻样品，保持其原始结构。

. 转移与断裂：将冷冻样品转移到冷冻制备室，进行冷冻断裂，以获得内部结构的暴露面；在必要时，进行表面处理，如升华去除表面冰层。

4. 导电喷涂：在冷冻状态下，对样品表面进行导电材料的喷涂，以利于电子束的均匀散射。

5. 冷冻传输：利用专门的冷冻传输装置，在低温和真空条件下将样品安全转移到SEM的冷台上，确保过程中样品不受热影响。

6. SEM成像：在Cryo-SEM中调整电子束参数，如电压、电流和工作距离，以适应低温条件下的成像；进行扫描，获取高清晰度的冷冻状态下的样品图像。

应用实例

Cryo-SEM广泛应用于生物学、材料科学、纳米技术等领域。例如，观察细胞内部结构、研究药物递送系统的形态、分析复合材料的微观结构等。通过Cryo-SEM，科学家能够捕捉到生物样本的瞬间状态，如细胞膜的细节、病毒的结构，或是液体化剂的微观相态，这些在常温下难以观察到的细节。

安全与维护

操作Cryo-SEM时需注意低温防护，避免液氮冻伤，并确保所有操作都在通风良好的环境下进行，以防止氮气积聚。定期维护冷冻传输系统，确保其性能稳定，是保证成像质量的关键。