掃描電鏡如何還原“水凝膠”真實結(jié)構(gòu)

時間：2020-7-2 閱讀：5665

水凝膠是一種極親水的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)凝膠，由高分子（相對分子質(zhì)量比較大的分子，呈鏈狀結(jié)構(gòu)）在一定條件下互相連接，形成三維的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙中充滿了液體，這種特殊的分散體系就是凝膠。由于其出色的柔性及生物相容性等特質(zhì)，其在電學(xué)器件、傳感器以及生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域中得到廣泛的研究和應(yīng)用。

我們所熟知的“水寶寶”就是一種典型的水凝膠體系，在吸水后，水分會將高分子聚合物的孔隙填滿，變成軟軟的小球。此外，尿不濕，阻燃劑中也含有大量的水凝膠材料。

水凝膠為我們的生活帶來諸多便利，這源自科研工作者不懈的努力，可每當(dāng)科研人員需要檢測水凝膠的微觀形貌時，問題就出現(xiàn)了。

掃描電鏡檢測是材料微觀形貌觀察*的研究手段，但水凝膠材料由于含有大量水分或有機溶劑，無法直接放入電鏡中觀察。電鏡工作需要維持高真空環(huán)境，而水分在真空中會迅速揮發(fā)，導(dǎo)致圖像異常甚至電鏡故障。因此，對于水凝膠樣品，通常需要進行冷凍干燥處理，將水分去除后再進行拍攝。

那么問題又來了，干燥處理往往會導(dǎo)致水凝膠結(jié)構(gòu)坍縮，此外，部分凝膠即便干燥后還會殘留有機溶劑，對電鏡觀察極為不利。水分的缺失會破壞三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在電鏡測試時無法得到真實的樣品結(jié)構(gòu)，如下圖所示，本應(yīng)飽滿的水凝膠結(jié)構(gòu)卻干癟收縮。

冷凍干燥處理后的水凝膠樣品，三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)明顯損壞（圖片源自網(wǎng)絡(luò)）

為了避免因干燥工藝引起的結(jié)構(gòu)失真以及有機試劑殘留問題，飛納電鏡推出了觀察含水樣品的解決方案——飛納電鏡溫度控制樣品臺，一招解決含水樣品的觀察問題，為您呈現(xiàn)樣品真實的結(jié)構(gòu)信息。

飛納電鏡溫控樣品臺觀查水凝膠樣品

1. 無需復(fù)雜繁瑣的干燥工藝

使用冷凍干燥工藝處理的水凝膠樣品進行觀測，非常依賴材料本身結(jié)構(gòu)以及干燥工藝，若工藝不佳，凝膠結(jié)構(gòu)會因干燥而坍縮，較多聚合物缺乏水分支撐掉落成為粉末，孔隙結(jié)構(gòu)失真，對于研究凝膠真實結(jié)構(gòu)缺乏參考價值。而對于飛納電鏡溫控制樣品臺來說，樣品無需干燥即可觀察，避免了不當(dāng)?shù)母稍锕に噷悠吩斐傻膿p傷。

使用冷凍干燥方法處理后的水凝膠樣品掃描電鏡圖像，結(jié)構(gòu)坍縮失真

2. 保留樣品原始形貌結(jié)構(gòu)

當(dāng)使用飛納的冷凍樣品臺將水凝膠在冷凍狀態(tài)下觀察，可以明顯觀察到完整且長程有序的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水分會在骨架結(jié)構(gòu)表面凝結(jié)，保留真實的孔隙結(jié)構(gòu)。

溫控樣品臺觀察冷凍后的水凝膠樣品

水凝膠的骨架結(jié)構(gòu)形貌對于研究材料性能有較為重要的作用，不少研究人員采用飛納電鏡溫控樣品臺展開水凝膠研究。圖示為一種基于聚谷氨酸和殼聚糖的可注射水凝膠結(jié)構(gòu)，在冷凍樣品臺幫助下，研究人員在低溫狀態(tài)下對軟骨細胞和水凝膠進行觀測，還原體系的真實結(jié)構(gòu)，可更直觀真實的反映水凝膠材料與細胞的作用。若使用冷凍干燥以及細胞固定的方法處理樣品，電鏡測試結(jié)果無法真實反映二者的作用情況。

DOI: 10.1039/C7RA01864A

DOI: 10.1039/c5tb01488c

3. 操作方便，擺脫一切安全顧慮

溫控樣品杯基于珀爾帖效應(yīng)進行制冷，通過控制器不僅可以迅速、輕松調(diào)整溫度，還可以對樣品溫度進行精確的監(jiān)控，時刻掌握樣品狀態(tài)。飛納電鏡同時采用真空外循環(huán)水對制冷器進行冷卻，避免了采用傳統(tǒng)設(shè)計的循環(huán)水泄露造成的電鏡真空腔室“大災(zāi)難”，大大提升了設(shè)備的安全性，降低了使用門檻。

為助力科研工作者，飛納電鏡不僅提供成熟的解決方案，而且特此推出納問檢測水凝膠測試服務(wù)，快用溫控樣品臺還原真實水凝膠電鏡形貌吧！