連續斷層3D重構中的超薄切片制備

當需要以納米級分辨率觀察樣品超微結構時，科學家通常借助電子顯微鏡（觀察表面結構的掃描電鏡 SEM 和觀察內部結構的透射電鏡 TEM）——它們是當前科研界可使用的最大顯微成像工具。

電鏡成像要求對樣品進行通常 20-150 nm的超薄切片，使用超薄切片機切割的切片厚度薄、表面平整、光滑且無人為干擾因素，因此可以滿足電鏡成像對制備樣品的嚴苛要求。如果大量超薄切片具有樣品結構的前后連續性，SEM 成像采集的圖像就可以進行樣品內部結構的 3D 重建，形成可用于分析的完整超微、精細立體圖像，即連續斷層成像技術（Array Tomography, AT）。
 
今天，小編簡要介紹一下 AT 成功的關鍵環節：連續超薄切片樣品制備。
 
 超薄切片之重要性
AT 常用于細胞、蛋白質等生物 / 生物大分子結構的納米分辨率、3D 結構觀察和分析，主要步驟為包埋樣品連續（超薄）切片、TEM / SEM 或光學顯微鏡對其進行成像、對獲得的一系列圖像進行重建分析。AT 可以獲得的有效信息包括超微結構的定量、體積分析和細胞 / 蛋白的形態學數據等，相較于共聚焦顯微鏡獲得的圖像，具有更高的水平和空間分辨率（可達 0.2 nm）。
 
超薄切片主要用于 TEM 成像前的樣品制備，以納米分辨率觀察樣品內部結構信息。無污染且獲取快速的超薄切片的主要優勢在于：

• 整個切片均可用于電鏡成像，適合大尺寸樣品分析；
• 單張切片電子透射均一性好，保證結果可靠性；
• 制備速度快，短時間即可獲得大量切片；
• 適用樣品范圍廣，生物樣本和工業材料均適用。

 
 超薄切片的基本原理
對于 TEM 或者 3D 結構重建，樣品高質量連續切片是前提。因此，一臺如 Leica EM UC7 或者 EM ARTOS 3D（20-50 nm）（見圖 1）一樣穩定可靠的超薄切片機是開展實驗的必備工具。