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氮化硅(Si3N4)薄膜窗口在x射线荧光成像技术中的应用

2019-11-27

X射线荧光成像技术已经得到越来越多的应用,部分原因是由于非常出色的x射线同步加速器源的发展,如中国上海同步辐射光源(SSRF)、日本的Spring-8、和美国的先进光子源(APS)等。这些光源可以提供能量很高的X射线。

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对于高强度的光束,即使是相对少量的可聚焦的光也足以激发细胞内的内源性金属,产生可以用当前的探测技术测量的信号。例如,在化学生物学中,观察细胞内的金属分布可以让我们研究细胞内自然产生的金属离子以及外来引入的金属粒子,如药物和纳米颗粒。因此,研究细胞内金属是的化学生物学科中的一项前沿科研课题。

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另外,X射线荧光成像技术可以无损地同时测量大、小样本区域内多种元素的空间分布和浓度,这使得x射线荧光成像技术已经应用于许多科学领域,包括材料科学、地球科学、文化遗产研究和化学生物学等。
本文主要介绍了氮化硅(Si3N4)薄膜窗口在x射线荧光成像技术中的应用;以及采用氮化硅薄膜窗口作为衬底,制备动物细胞或其他生物样品时的优点。并提供了利用氮化硅薄膜窗口制备细胞样品进行X射线荧光成像的方法和视频文献资料(需要的伙伴可以关注“原位芯片”淘宝店铺咨询客服要链接哦)。
考虑用于X-Ray研究贴壁细胞的衬底时,理想的衬底需要满足以下基本要求
(1)可支持健康细胞生长,没有交替增殖和表型细胞生长
(2)  X射线荧光不能与感兴趣的元素重叠
(3) 在进行XFM观测前,可以在光镜下对细胞生长进行光学透明评估
(4) 能够承受培养过程中的物理或化学处理,并可以固定
过去的研究中,一些不同的衬底已经被用于哺乳动物细胞的生长和x射线荧光成像,例如聚碳酸酯薄膜、透射电镜(TEM) 铜网碳膜和氮化硅(Si3N4)窗口等。
在这些衬底中,氮化硅膜(Si3N4)窗口因其荧光背景较低并且组成元素简单而被广泛采用。此外,氮化硅薄膜窗口可支持健康的细胞生长和增殖。与其他衬底相比,如TEM铜网碳膜,氮化硅薄膜窗口具有更大的不间断成像区域,这也是它用于x射线层析成像的一个特别的优势。
使用氮化硅薄膜窗口制备样品需要一些时间练习,因为薄膜窗口非常脆弱,在操作时需要非常小心,不能产生任何扭曲力,避免破坏薄膜或掉落。
氮化硅窗口的薄膜厚度从30nm到500nm不等,窗口尺寸从1 x1mm到5 x 5mm不等。一般来说,膜越厚,它们承受各种处理应力的能力就越强。然而,随着厚度的增加和光学透明度的降低,会使样品本身的衬度降低,导致成像不清晰。大量实验证明,200nm的厚膜是十分理想的厚度,它们对测量的影响很小,并且有足够的强度。

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在应用X射线荧光成像技术研究培养的哺乳动物细胞或其他生物样本的元素分布和定量时,有许多关键因素需要考虑。首先,样品需要保持完整,无论是在结构上还是在元素组成上,这样测量才有意义。其次,样本也必须以某种方式保存,这样它就能抵抗由聚焦的x射线造成的辐射损伤。
由于几乎所有的生物样品都是完全水合的,低温固定后的低温成像是目前最理想的成像方式。一般认为,低温保存的生物样品的整体细胞结构和化学成分更接近于自然状态。但是并非每个研究实验室都能轻易获得低温贮藏仪器。目前大多数高压冷冻机,甚至是骤降式冷冻机都很昂贵。因此,虽然低温保存无疑是保存样品用于x射线荧光分析的最好的方法,但它肯定不是时下所有研究人员最容易获得的一种方式。
 本文提供的资料中详细介绍了一种以氮化硅薄膜窗口为培养基,利用x射线荧光成像化学固定法制备贴壁哺乳动物细胞的方法。如果读者对这些实验过程和研究方法感兴趣,关注“原位芯片”淘宝店铺,私信客服要链接哦!
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