臨界點干燥簡要介紹

　　臨界點干燥程序是在SEM應(yīng)用中對精密樣本實施干燥的有效方法。臨界點干燥保全了樣本的表面結(jié)構(gòu)，否則，當(dāng)樣本從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時可能會因為表面張力而導(dǎo)致表面結(jié)構(gòu)受破壞。在過去，臨界點干燥是一個耗時的過程，由于手動操作太多造成了樣本的重現(xiàn)性較低。許多生物樣本通常在干燥前通過固定和脫水制備，干燥后進行金、鉑或鈀等金屬鍍膜使其表面導(dǎo)電，這樣才能方便開展SEM分析。
 

　　臨界點干燥 – 介紹
 

　　掃描電子顯微鏡(SEM)的用途之一是研究生物應(yīng)用中的表面形態(tài)，這需要保全樣本的表面細節(jié)。用于電子顯微鏡(EM)成像的樣本需要干燥處理以便與顯微鏡的真空兼容。水分子的存在會干擾真空，進而影響成像。水分子還將導(dǎo)致所研究的結(jié)構(gòu)體出現(xiàn)大規(guī)模變形或坍塌(見“空氣和臨界點干燥的比較")。水會對空氣形成很高的表面張力。在蒸發(fā)(空氣干燥)過程中，穿過從液相到氣相的交界面，由表面張力引起的切向力會對樣本的納米和微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。
 

　　要保全樣本形態(tài)，臨界點干燥是先進的方法(見“CO2的壓力/溫度相圖")。在臨界點上，液體和氣體的物理特性無法區(qū)分。處于臨界點的化合物可以在不穿過液氣界面的情況下轉(zhuǎn)化為液相或氣相，避免了破壞作用。使用水的臨界點脫水是不可行的，因為位于374℃和229 bar的溫度下時，任何生物樣本都會被破壞。為了克服這一問題，可以用液態(tài)二氧化碳(CO2)代替水，其臨界點為31℃和74 bar，所以更適合所有生物應(yīng)用，技術(shù)上也相對容易維護。
 

　　但CO2作為過渡液體也存在一項嚴(yán)重的缺點；CO2不能與水混溶。因此，必須用乙醇或丙酮之類的交換液來代替水，這些液體可以在水和液態(tài)CO2中混溶。這兩種交換液都不能用于臨界點干燥，因為它們的臨界點溫度很高(乙醇：Pc 60 bar/Tc 241℃；丙酮：Pc 46 bar/Tc 235℃)。
 

　　在預(yù)臨界點干燥步驟中，用交換液代替水，然后用液態(tài)CO2代替交換液，液態(tài)CO2被帶到臨界點并通過在恒定臨界點溫度下降低壓力轉(zhuǎn)化為氣相。
 

　　CO2壓力/溫度相圖
 

三相點：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)下均為相同的物理特征。
 

　　臨界點/超臨界液：液態(tài)和固態(tài)下為相同的物理特征。
 

　　空氣與臨界點干燥之間的對比
 

空氣干燥樣本(水蚤)
 

臨界點干燥樣本(水蚤)
 

　　SEM分析工作流程
 

　　手動處理
 

固定：交聯(lián)蛋白提升機械和熱穩(wěn)定性。
 

　　脫水：交換液濃度升高后取代樣本中的水。
 

　　CPD：液態(tài)CO2(預(yù)充)取代樣本中的交換液，然后進行臨界點干燥。
 

　　鍍膜：樣本具備導(dǎo)電性以后即可進行SEM分析。
 

固定：交聯(lián)蛋白提升機械和熱穩(wěn)定性。
 

　　脫水：交換液濃度升高后取代樣本中的水。
 

　　CPD：液態(tài)CO2(預(yù)充)取代樣本中的交換液，然后進行臨界點干燥。
 

　　涂鍍：樣本具備導(dǎo)電性以后即可進行SEM分析。