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玻璃製刀機介紹——用於電子顯微鏡和光學顯微鏡

點擊次數:979 更新時間:2022-12-21

超薄切片機需要使用玻璃刀,為(wei) 電鏡和光鏡提供超薄樣本切片

對於(yu) 樹脂切片和冷凍切片(Tokuyasu樣本)的玻璃刀,其刀鋒必須非常鋒利、堅固、穩定。采用斷裂法製備優(you) 質玻璃刀時,玻璃條的質量非常重要。玻璃條由精選玻璃生產(chan) 而成,厚度和質量均經過精確把控。隻有采用高質量標準來嚴(yan) 格把控公差,才能從(cong) 一塊玻璃中製出兩(liang) 把優(you) 質玻璃刀。

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圖1:成刀


平衡斷裂概念

在科學級質量的玻璃條中製造受控的筆直斷裂,要求製刀機在劃痕的兩(liang) 側(ce) 施加相同的重量和壓力。此外,從(cong) 底部接觸玻璃的支撐元件必須盡可能減小表麵接觸,以免在斷裂之前對玻璃施加非受控的壓力。

采用平衡斷裂法(圖2)製刀時,一根玻璃條會(hui) 從(cong) 中間劃痕處斷裂成相等的兩(liang) 半。劃痕兩(liang) 側(ce) 的玻璃重量相等,斷裂是平衡的,新產(chan) 生的斷裂麵是平整的。不斷將新產(chan) 生的玻璃條斷成相等的兩(liang) 半,可以得到一定數量的方形玻璃板。

所有方形玻璃板都擁有平直的側(ce) 邊以及精準的直角,而連續斷裂法得到的方形玻璃板的表麵常常會(hui) 彎曲變形。

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圖2:平衡斷裂法

劃痕和斷裂原理

製作高質量玻璃刀通常需要製作出一批相等的方形玻璃板,在玻璃上精確地劃出劃痕,精確地施加壓力,使其斷裂。

通常情況下,當斷裂發生在靠近拐角的地方(長劃痕)時,刀鋒更加平直,對麵刀肩更窄。過去建議使用短劃痕製作冷凍超薄切片,因為(wei) 這樣一來自由斷裂的時間較長,可以製得最鋒利、最長的可用刀鋒[1, 2]

每個(ge) 劃痕已經預設好,劃痕距離方塊兩(liang) 個(ge) 角的距離相等。斷裂發生時,玻璃下方墊著兩(liang) 枚不鏽鋼半球,上方則由兩(liang) 枚斷裂銷固定。這種斷裂可以讓劃痕向其兩(liang) 側(ce) 盡可能地延伸,直至自由斷裂發生。自由斷裂的方向由斷裂兩(liang) 側(ce) 玻璃的重量以及兩(liang) 側(ce) 施加的力決(jue) 定

自由斷裂向方形玻璃板的邊緣彎曲,最終製得一把刀,且刀鋒對麵出現平邊(刀肩)(圖3a)。若劃痕沿著方塊的中心延伸,則產(chan) 生的刀肩會(hui) 非常窄,此時刀的角度更加接近45°(圖3b)。

這是冷凍超薄切片的優(you) 選設置。進行樹脂切片時,則可以將刀肩設置得稍微大一些(~0.5 mm),產(chan) 生更大的刀角度,這樣能更加穩定。

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圖3a

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圖3b

玻璃刀真實刀角度

在方形玻璃板上劃出劃痕時,所有劃痕距離方形玻璃板直角還有一定距離。對劃痕兩(liang) 側(ce) 施加壓力,斷裂開始,首先可以看到劃痕開始變深。斷裂沿著劃痕向方形玻璃板兩(liang) 角延伸。劃痕到達兩(liang) 個(ge) 角後,自由斷裂開始。斷裂沿著劃痕延伸,到達兩(liang) 角時向方形玻璃板的一邊偏離彎曲。因此,玻璃刀的真實刀角會(hui) 略大於(yu) 劃痕角度

玻璃刀的真實角度會(hui) 隨著劃痕偏離對角線角度的增大而增大。這種情況下,刀肩就會(hui) 變寬。

例如,用方形玻璃板製作玻璃刀時,若刀肩較小(<0.5>0.5 mm)後,會(hui) 進一步放大真實刀角度,甚至可能使其大於(yu) 55°(圖4)。

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圖4

可用刀鋒長度

在暗場照明下用體(ti) 式鏡來檢查玻璃刀刀鋒(或用超薄切片機並使用背光燈照明),可以看出刀鋒的中間部分zui shi he用來做超薄切片。刀鋒右側(ce) 有可見的毛刺(鋸齒狀),會(hui) 使刀的質量下降。受應力線影響,刀鋒左側(ce) 也不適合做切片(圖5)。

從(cong) 應力線離開刀鋒到刀鋒出現毛刺(鋸齒狀),這一段刀鋒可用做超薄切片

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圖5




注 意





  • 使用8 mm玻璃條比使用6.4 mm玻璃條多30%可用刀鋒長度!

  • 方形玻璃板斷裂成玻璃刀時,施加的力越小,應力線就會(hui) 越快離開刀鋒,鋸齒狀毛刺也更少。這樣一來,可用刀鋒長度就會(hui) 更長。




檢查刀鋒

製得一對玻璃刀後,可以在超薄切片機上檢查刀鋒質量

使用背光燈照明,將間隙角設置為(wei) 最大值,可以看見一道非常細的白線(圖6)。這條線可用於(yu) 判斷刀鋒的質量,白線必須平直、無塵、無油漬、無指紋、無玻璃毛刺。

另外,也可以使用頂燈照明觀察玻璃刀的刀鋒質量(圖7)。

圖8所示玻璃刀質量不合格,不能使用。抓取玻璃刀時,指紋留在了刀鋒上。

圖9(頂部)展示了一對玻璃刀,它們(men) 在斷裂後並排放置。圖中(圖9底部)還展示了兩(liang) 把玻璃刀的刀肩細節。在斷裂過程中,右側(ce) 刀鋒與(yu) 左側(ce) 刀肩對應,左側(ce) 刀鋒與(yu) 右側(ce) 刀肩對應。

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圖6

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圖7

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圖8

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圖9




參考資料:




1. Griffiths G, Simons K, Warren G and Tokuyasu KT: Immunoelectron microscopy using thin, frozen sections: Application to studies of the intracellular transport of Semliki Forest virus spike glycoproteins. In: Methods in Enzymology 466–485 (1983).

2. Tokuyasu KT: Application of cryoultramicrotomy to immunocytochemistry. Journal of Microscopy 143 (2): 139–149 (1986).




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