จุลทรรศน์อิเล็กตรอนและโครงสร้างละเอียดพิเศษ
จุลทรรศน์อิเล็กตรอนใช้ลำแสงอิเล็กตรอนแทนแสงในการสร้างภาพเนื้อเยื่อ ทำให้ได้ความละเอียดสูงกว่ามาก และเผยให้เห็นโครงสร้างละเอียด เช่น ออร์แกเนลล์ เยื่อหุ้มเซลล์ และการจัดเรียงตัวของโมเลกุลขนาดใหญ่ ซึ่งรวมเรียกว่า โครงสร้างละเอียดพิเศษ เนื่องจากความยาวคลื่นของอิเล็กตรอนสั้นกว่าแสงที่มองเห็นได้มาก เทคนิคนี้จึงสามารถแยกแยะรายละเอียดได้ดีกว่าขีดจำกัดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงมาก
Definition
จุลทรรศน์อิเล็กตรอนเป็นเทคนิคทางจุลทรรศน์ที่สร้างภาพโดยใช้ลำแสงอิเล็กตรอนเพื่อให้ได้ความละเอียดระดับนาโนเมตร ส่วนโครงสร้างละเอียดพิเศษหมายถึงรายละเอียดของเซลล์และเนื้อเยื่อที่ละเอียดอ่อน เช่น ออร์แกเนลล์และส่วนประกอบของโมเลกุลขนาดใหญ่ ที่ปรากฏให้เห็นที่ความละเอียดระดับนี้
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงเหตุผลที่จุลทรรศน์อิเล็กตรอนมีความละเอียดสูง การเตรียมตัวอย่างเฉพาะทางที่จำเป็น (การตรึงอย่างละเอียด การฝังในเรซิน การตัดเป็นส่วนบางพิเศษ การย้อมด้วยโลหะหนัก) และความแตกต่างระหว่างโหมดการส่องผ่านและการสแกน เป็นข้อมูลอ้างอิงทางระเบียบวิธีวิจัยและไม่ได้ให้คำแนะนำในการตีความทางคลินิก
Core questions
- เหตุใดลำแสงอิเล็กตรอนจึงสามารถแยกแยะรายละเอียดได้ละเอียดกว่าแสงที่มองเห็นได้มาก?
- เนื้อเยื่อต้องมีการเตรียมตัวแบบพิเศษอย่างไรสำหรับการใช้จุลทรรศน์อิเล็กตรอน?
- จุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านและแบบสแกนแตกต่างกันอย่างไรในสิ่งที่แสดงให้เห็น?
- ความคมชัดถูกสร้างขึ้นได้อย่างไรในตัวอย่างชีวภาพที่มีความคมชัดต่ำ?
Key concepts
- ความละเอียดและความยาวคลื่นของอิเล็กตรอน
- จุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM)
- จุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM)
- การตรึงด้วยกลูตาราลดีไฮด์และออสเมียม
- การฝังในเรซินและการตัดเป็นส่วนบางพิเศษ
- การย้อมด้วยโลหะหนัก (ยูรานิล, ตะกั่ว)
- การตีความโครงสร้างละเอียดพิเศษ
Mechanisms
เนื่องจากอิเล็กตรอนมีความยาวคลื่นสั้นกว่าแสงที่มองเห็นได้มาก ลำแสงอิเล็กตรอนจึงสามารถแยกแยะโครงสร้างได้ถึงระดับนาโนเมตร ซึ่งเกินขีดจำกัดการเลี้ยวเบนของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง เพื่อให้ทนทานต่อสุญญากาศและลำแสง รวมถึงรักษาโครงสร้างละเอียด เนื้อเยื่อจะถูกตรึงภายใต้สภาวะที่เข้มงวด โดยทั่วไปคือการตรึงด้วยอัลดีไฮด์ตามด้วยออสเมียมเตตรอกไซด์ โดยอาศัยเคมีของการตรึงด้วยอัลดีไฮด์ที่ Sabatini และคณะได้อธิบายไว้ (Sabatini, 1963) จากนั้นจึงฝังในเรซินและตัดเป็นส่วนบางพิเศษ วัสดุชีวภาพมีการกระเจิงอิเล็กตรอนได้น้อย ดังนั้นจึงมีการเพิ่มความคมชัดโดยการย้อมด้วยเกลือโลหะหนัก; ตะกั่วซิเตรตที่ pH สูงกลายเป็นสีย้อมทึบอิเล็กตรอนมาตรฐานสำหรับวัตถุประสงค์นี้ (Reynolds, 1963) ในจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน อิเล็กตรอนจะผ่านส่วนบางเพื่อสร้างภาพโครงสร้างภายใน ในขณะที่ในจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน ลำแสงจะถูกสแกนไปทั่วพื้นผิวตัวอย่าง และสัญญาณที่ตรวจจับได้จะสร้างภาพพื้นผิวที่มีลักษณะสามมิติ หลักการและเทคนิคเหล่านี้ได้ถูกรวบรวมไว้ในเอกสารอ้างอิงมาตรฐาน (Bozzola & Russell, 1999; Hayat, 2000)
Clinical relevance
การตรวจโครงสร้างละเอียดพิเศษมีส่วนช่วยในการวิจัยชีววิทยาของเซลล์และในบางสาขาของพยาธิวิทยาการวินิจฉัยที่โครงสร้างละเอียดให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ บทความนี้อธิบายแนวคิดของวิธีการต่างๆ โดยอธิบายว่าภาพโครงสร้างละเอียดพิเศษถูกสร้างขึ้นได้อย่างไร และไม่ได้เป็นพื้นฐานสำหรับการตัดสินใจวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล
Evidence & guidelines
การเตรียมตัวอย่างและการสร้างภาพด้วยจุลทรรศน์อิเล็กตรอนได้ถูกรวบรวมไว้ในเอกสารอ้างอิงวิธีการที่เป็นที่ยอมรับ (Bozzola & Russell, 1999; Hayat, 2000) ซึ่งสร้างขึ้นจากงานวิจัยพื้นฐานเกี่ยวกับการตรึงด้วยอัลดีไฮด์ (Sabatini, 1963) และการย้อมด้วยโลหะหนัก (Reynolds, 1963)
History
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษ 1930 และนำมาใช้กับเนื้อเยื่อทางชีวภาพในช่วงกลางศตวรรษที่ยี่สิบ เมื่อวิธีการเตรียมตัวอย่างสามารถรักษาโครงสร้างละเอียดได้ การตรึงด้วยอัลดีไฮด์ได้รับการอธิบายถึงการรักษาโครงสร้างละเอียดพิเศษ (Sabatini, 1963) และการย้อมด้วยโลหะหนักที่เป็นมาตรฐาน เช่น ตะกั่วซิเตรตของ Reynolds (Reynolds, 1963) ได้ให้ความคมชัดที่จำเป็นในการตีความโครงสร้างละเอียดของเซลล์ ทำให้จุลทรรศน์อิเล็กตรอนเป็นรากฐานของชีววิทยาของเซลล์สมัยใหม่
Key figures
- David Sabatini
- Edward Reynolds
Related topics
Seminal works
- sabatini-1963
- reynolds-1963
Frequently asked questions
- เหตุใดจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจึงสามารถแยกแยะรายละเอียดได้มากกว่าจุลทรรศน์แบบใช้แสง?
- ความละเอียดถูกจำกัดด้วยความยาวคลื่นของรังสีที่ใช้ในการสร้างภาพ; อิเล็กตรอนมีความยาวคลื่นสั้นกว่าแสงที่มองเห็นได้มาก ดังนั้นลำแสงอิเล็กตรอนจึงสามารถแยกแยะโครงสร้างที่เล็กกว่าที่กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงทำได้มาก
- ความแตกต่างระหว่างจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านและแบบสแกนคืออะไร?
- จุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านจะส่งอิเล็กตรอนผ่านส่วนบางพิเศษเพื่อสร้างภาพโครงสร้างภายใน ในขณะที่จุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนจะสแกนลำแสงไปทั่วพื้นผิวตัวอย่างและตรวจจับสัญญาณที่ปล่อยออกมาเพื่อสร้างภาพลักษณะทางภูมิประเทศของพื้นผิว