工業(yè)顯微鏡解決方案|血液透析導管微孔形貌的精密探索

透析技術概覽

透析這一現(xiàn)代醫(yī)學技術，是仿照腎臟工作原理的一種機械過程，模擬腎臟功能，目的在于幫助患者祛除血液中的有害物質。而血液透析導管，作為這一過程中的關鍵“橋梁”，它的工作就是在導管插入到中心靜脈系統(tǒng)后，連接血液透析管路和透析機。通過導管，透析患者含有代謝廢物的血液從導管動脈端被吸入，經過循環(huán)管路和透析機，透析彌散、對流及吸附等物理機理，減少體內過多的水分和毒素，使患者電解質和酸堿平衡得以調節(jié)。最終，凈化后的血液在導管靜脈端被泵回患者的中心靜脈。

▲ 圖1 血液透析用導管

血液透析導管管體（圖1）的常用材料是聚氨酯（PU），硅膠，聚砜等高分子材料。這類材料雖功能強大，但在導電性上卻略顯不足。使用傳統(tǒng)掃描電鏡時，采用常用參數(shù)（常規(guī)電壓，束流）對其表征時的荷電現(xiàn)象十分明顯，影響成像質量。同時，由于這類高分子材料主要由C、H、O等元素構成，耐熱性有限。電子束的轟擊產生的局部高熱可能導致其發(fā)生形變，如熔融、皺縮、塌陷、延展等。為了獲得真實且清晰的形貌表征，我們通常需要通過對樣品表面鍍膜或調整拍攝參數(shù)以優(yōu)化拍攝條件。

蔡司場發(fā)射電鏡：洞悉微觀世界

蔡司場發(fā)射電鏡，專為高分辨率成像而設計。蔡司Gemini系列電鏡，憑借其電子束推進器技術，即便在低電壓下也能展現(xiàn)出良好的分辨率。蔡司Gemini系列電鏡的電子槍和探測系統(tǒng)均得到了優(yōu)化，可實現(xiàn)低電壓條件下的高分辨成像，不僅增強了對比度，還顯著減少了樣品損傷。在掃描電鏡中，因為傳遞到樣品上的能量較少，低加速電壓的入射電子束的應用有效降低了對樣品的穿透力，用于對電子束敏感樣品的成像，能夠使敏感樣品表面的細微結構得以高清呈現(xiàn)，且無偽影干擾。

▲ 圖2 Gemini 1 型電子光學鏡筒橫截面示意圖包括電子束推進器、Inlens 探測器和Gemini 物鏡

案例深度解析

導管構造與透析效率

探究目標：

導管管體內壁及外壁結構（包括孔隙形狀，尺寸和排布等）對透析效果有重要的影響，且結構尺寸細微，觀測時需要高倍放大觀察，所以需要通過場發(fā)射電鏡來重點探究：1. 管體內外壁結構并對孔隙的尺寸做出測量；2.導管的截面形態(tài)，特別是孔隙在管壁內外側的分布與變化趨勢。

樣品制備：

針對樣品不導電，不耐電子束輻照且樣品整體呈圓弧弧形特性，樣品制備時截取小段樣品，采用液體碳導電膠穩(wěn)固固定，并構建導電通路，確保觀察區(qū)域無干擾。

▲ 圖3 導管樣品內刨面（左）和外壁（右）光學顯微鏡圖片

拍攝技術：

選擇合適的工作距離、電壓、束流和探測器配置。由于導管孔隙尺寸較小，為了在保護樣品原始形貌的同時捕捉更多的樣品細節(jié)，場發(fā)射掃描電鏡一般需要降低加速電壓和小束流（小光闌）進行拍攝，以減輕荷電現(xiàn)象。選擇合適的降噪方式可以有效的減少荷電對照片的影響。在使用低電壓拍圖時，若在高倍下仍能看到圖像一直在漂移，可以采用“Drift Comp.Frame Avg.”漂移校正功能，在校正圖像漂移的同時提高圖像分辨率。

圖4是樣品在進行適當制樣處理后并且選用合適的拍照條件后拍攝的導管電鏡圖片，展現(xiàn)了其微觀世界的精細之美。

▲ 圖4 導管電鏡圖片 a.導管截面整體圖；b.和c.導管截面放大，可以看到孔隙尺寸從內到外逐漸變大；d.和e.導管內壁電鏡圖片；f.和g.導管外壁電鏡

蔡司場發(fā)射掃描電鏡以其優(yōu)異的低電壓成像性能，對此類荷電明顯且電子束敏感樣品的拍攝時采用低電壓或超低電壓成像，抑制樣品放電和降低損傷。通過優(yōu)化拍攝條件與降噪方式，實現(xiàn)樣品高分辨率圖像的清晰獲取。

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