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电子显微镜镀膜技术简要介绍

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电子显微镜领域需要对样本进行镀膜处理才能改善样本的成像效果。在样本上形成一层金属导电层可抑制电荷聚积、减少热损伤,并改善SEM对样品拓扑结构检测所需的二次电子信号量。在x射线显微分析中,网格上支持膜,TEM观察复型样品中的背底支撑膜,涉及既对电子束透明但同时具备导电效果的精细碳膜。具体需要采用的镀膜技术取决于分辨率和应用。

SEM成像前所需的镀膜处理

导电性很差或不导电的材料样本(陶瓷、聚合物等)需要碳镀膜或金属镀膜。低温样本经过冷冻断裂后进行金属镀膜处理(徕卡EM ACE600冷冻断裂和徕卡EM VCT500),并在低温SEM下成像。

TEM成像前的镀膜处理

由聚醋酸甲基乙烯脂(formvar)所覆盖的TEM网格需要进行碳镀膜处理来获得导电性能。使用辉光放电处理网格,否则溶液不会粘附并分布在网格上。冷冻断裂样本以低角度进行金属镀膜处理,然后再对薄膜进行碳镀膜处理(Leica EM ACE600冷冻断裂和徕卡EM VCT500或徕卡EM ACE900),从而生成可在TEM中成像的复型。

溅射镀膜

SEM的溅射镀膜是一种工艺过程,是将导电金属如金(Au)、金/钯(Au/Pd)、铂(Pt)、银(Ag)、铬(Cr)或铱(Ir)等超薄导电金属的涂层镀膜在不导电或导电性很差的样本上。溅射镀膜可防止因静电场的累积而使样本电荷聚积。溅射镀膜还能增加在SEM中从样本表面检出的二次电子量,从而提高信噪比。用于SEM的溅射薄膜厚度通常为2-20nm。

SEM样本采用金属溅射镀膜的优势:

  • 减少显微镜电子束损伤
  • 增加热传导
  • 减少样本电荷累积(提高导电性能)
  • 改善二次电子发射
  • 减少电子束穿透深度,提高边缘分辨率
  • 保护对射束敏感的样本

碳蒸镀

碳的热蒸发广泛用于电子显微镜的样本制备。在一个真空系统内,在两个高电流电极之间安装一个碳源 – 无论采用线状还是棒状形式。当碳源加热到其蒸发温度时就会有一股细小的碳流沉积在样本上。碳蒸镀在EM电子显微镜中的主要应用是X射线显微分析和(TEM)网格上的样本支撑薄膜。

电子束蒸镀

金属和碳都可以被蒸镀。电子束蒸镀方法可以得到最精细镀膜,是一种非常有方向性的镀膜过程,其镀膜区域比较有限。电子汇聚在靶材上,靶材得到加热并进一步蒸发。电子束中的带电粒子被移除。因此,一束电量很低的电子束打到样品表面。热量降低,带电粒子对样本的影响会减少。少数几次运行后,电子源须重新加载并清理。一般来说,在必须进行定向镀膜(投影和复型)或需要精细镀膜时使用电子束蒸发镀膜。

低温技术介绍

冷冻断裂包括一系列技术,这些技术可揭示并复制细胞器及其他膜结构的内部组成,以便在电子显微镜下进行检查。冷冻蚀刻通过升华去除冰层,暴露出原本隐藏的膜表面。

冷冻干燥简称冻干处理,在高真空条件下(升华)可去除冷冻样本中的水分。这样一来就能够获得干燥稳定的样本并且可在电子显微镜下成像。

应用

不同的镀膜方法

溅射 碳丝蒸发

Carbon rod evaporation

E-beam evaporation

  • 相当分散(从所有侧面进行镀膜),受溅射真空的影响
  • 只有极少热量传递到样本上
  • 易于操作和设置
  • 镀膜处理期间真空范围10-2 mbar(对于低温应用可能会存在问题)
  • 大量金属靶材可选
  • 脉冲式蒸发高度可控
  • 易于操作
  • 因为脉冲较短,对样本的热传递较低
蒸发过程中可非连续旋转
  • Fine grains
  • Fast coating
  • Continuous rotation
  • Defined purity of the carbon
  • More heat development than carbon thread
  • Finest grains
  • Directional coating (shadowing!)
  • Focused beam of material
  • Target change/adjustment after several runs
  • Mostly carbon and platinum coating
  • More difficult to set up evaporation source

不同镀膜方法的典型应用

生物学

  • SEM成像
高分辨率SEM分析

EDX analysis

Room temperature low angle rotary shadowing for TEM

材料

  • SEM成像
热敏样本

Carbon films for TEM grids

Highest resolution SEM freeze fracture:

  • Cryo SEM
医学研究 基础低温SEM  
  • Replica TEM

徕卡EM ACE200

  • 溅射镀膜仪
  • 碳丝蒸发镀膜仪
  • 溅射与碳丝蒸发镀膜仪

徕卡EM ACE600

  • 溅射镀膜仪
  • 碳丝蒸发镀膜仪
  • 溅射与碳丝蒸发镀膜仪
  • 双溅射镀膜仪
  • 碳棒蒸发镀膜仪
  • 电子束蒸发镀膜仪
  • 溅射与碳棒蒸发镀膜仪
  • 溅射与电子束蒸发镀膜仪
  • 双电子束蒸发镀膜仪

徕卡EM ACE600冷冻断裂

  • 每一款徕卡EM ACE600都可以配置或升级成为低温镀膜仪
  • 基础低温设置
  • 冷冻断裂低温设置

可选:所有镀膜仪可选辉光放电功能,可使碳涂层网格具有亲水性。

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