Electron Probe Microanalysis: Applications in Biology and Medicine

هدف ریزآنالیز کاوشگر الکترونی سیستم‌های بیولوژیکی شناسایی، محلی‌سازی و کمی‌سازی عناصر، جرم و آب در سلول‌ها و بافت‌ها است. این روش مبتنی بر این ایده است که تمام الکترون‌ها و فوتون‌هایی که از یک نمونه تابش شده با پرتو الکترونی بیرون می‌آیند، حاوی اطلاعاتی در مورد ساختار و ترکیب آن هستند. به طور خاص، طیف‌سنجی انرژی پرتوهای ایکس و الکترون‌ها پس از برهمکنش پرتو الکترونی با نمونه برای این منظور استفاده می‌شود. با این حال، استفاده از این روش در زیست شناسی و پزشکی باید بر سه مشکل خاص غلبه کند: 1. ماده اصلی تشکیل دهنده اکثر نمونه های سلولی آب است. از آنجایی که آب مایع با شرایط خلاء در میکروسکوپ الکترونی سازگار نیست، نمونه‌ها باید بدون ایجاد مزاحمت در سایر اجزا، به‌ویژه یون‌های قابل انتشار (عناصر) آماده شوند. 2. Sis میکروآنالیز پروب الکترونی داده‌های فیزیکی را بر روی نمونه‌های خشک یا نمونه‌های کاملاً هیدراته و منجمد فراهم می‌کند. این داده ها معمولاً باید به داده های کمی تبدیل شوند که برای زیست شناس یا فیزیولوژیست سلولی معنادار است. 3. سلول ها و بافت ها سیستم های ایستا نیستند بلکه پویا هستند. بنابراین، برای مثال، ریز آنالیز فرآیندهای فیزیولوژیکی نیاز به تکنیک‌های نمونه‌گیری دارد که برای پاسخگویی به سؤالات بیولوژیکی یا پزشکی خاص اقتباس شده‌اند. در سال های اخیر پیشرفت های قابل توجهی برای غلبه بر این مشکلات حاصل شده است. آماده سازی سرما، تجزیه و تحلیل تصویر، و طیف سنجی از دست دادن انرژی الکترون، حوزه های کلیدی هستند که برخی از مشکلات را حل کرده اند و نویدبخش بهبودهای آینده هستند.

The aim of electron probe microanalysis of biological systems is to identify, localize, and quantify elements, mass, and water in cells and tissues. The method is based on the idea that all electrons and photons emerging from an electron beam irradiated specimen contain information on its structure and composition. In particular, energy spectroscopy of X-rays and electrons after interaction of the electron beam with the specimen is used for this purpose. However, the application of this method in biology and medicine has to overcome three specific problems: 1. The principle constituent of most cell samples is water. Since liquid water is not compatible with vacuum conditions in the electron microscope, specimens have to be prepared without disturbing the other components, in parti­ cular diffusible ions (elements). 2. Electron probe microanaly­ sis provides physical data on either dry specimens or fully hydrated, frozen specimens. This data usually has to be con­ verted into quantitative data meaningful to the cell biologist or physiologist. 3. Cells and tissues are not static but dynamic systems. Thus, for example, microanalysis of physiolo­ gical processes requires sampling techniques which are adapted to address specific biological or medical questions. During recent years, remarkable progress has been made to overcome these problems. Cryopreparation, image analysis, and electron energy loss spectroscopy are key areas which have solved some problems and offer promise for future improvements.