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在掃描電子顯微鏡（SEM）中，冷臺（Cryo Stage）是用于實現低溫成像的關鍵組件，特別適合于成像熱敏樣品（如生物樣品、液態樣品或聚合物）。通過將樣品冷凍到低溫，冷臺可以減少樣品的蒸發、分解或損傷，同時抑制樣品的運動和結構變化，從而獲得更高質量的圖像。以下是通過冷臺實現低溫成像的原理和步驟：

1. 冷臺的工作原理

冷臺通過液氮、液氦或壓縮制冷系統將樣品降至低溫度（通常為-150°C到-196°C），從而維持樣品的穩定性。這種低溫環境能夠：

防止樣品變形：低溫可以防止樣品在高真空環境下由于水分蒸發而收縮或變形。

減少樣品損傷：許多生物樣品和有機材料在常溫下易受電子束損傷，而低溫環境能夠顯著減少這一效應。

保持樣品的結構和水分：冷凍可以保持生物樣品的自然水分含量，避免其脫水。

2. 冷凍樣品的準備

在進行低溫成像之前，樣品通常需要經過以下步驟進行處理：

樣品冷凍：

快速冷凍：樣品通常通過浸入液氮或其他快速冷卻媒介進行快速冷凍（稱為“冷凍固定”），以避免形成冰晶。冰晶會破壞樣品的結構，影響成像質量。冷凍固定：生物樣品和液態樣品通過快速冷卻避免冰晶形成，維持其原始的微觀結構。

冷凍保護劑：對于某些樣品，可以使用冷凍保護劑（如甘油、蔗糖等）來防止在冷凍過程中形成大冰晶。

預處理和鍍膜：

冷凍斷裂：有些樣品會在冷凍后進行冷凍斷裂處理，通過物理破裂暴露內部結構，然后進行成像。

冷凍涂層：為了避免樣品表面電荷積累，可以在低溫下對樣品進行金或鉑的薄層鍍膜。這可以增強樣品的導電性，獲得更清晰的圖像。

3. 冷臺的安裝和使用步驟

安裝冷臺并進行低溫成像時，通常需要遵循以下步驟：

安裝冷臺：

冷臺安裝：首先在SEM腔室內安裝冷臺，將其與冷卻系統連接。冷臺的安裝位置要確保能夠與SEM的樣品臺配合，方便電子束掃描和探測器成像。

冷卻劑準備：確保液氮或其他冷卻劑充足，冷卻系統正常運行。

溫度監控：冷臺配有溫度監控器，實時監測和調節樣品溫度，確保溫度穩定在設定的低溫范圍內。

樣品加載：

冷凍樣品裝載：在液氮等低溫環境中將冷凍好的樣品裝載到冷臺上，避免樣品升溫或被污染。通常使用冷凍轉移工具，確保樣品在轉移過程中保持低溫。

避免污染：在樣品轉移和裝載過程中，要特別注意防止樣品表面與空氣中的水汽接觸，以避免冷凝和污染。

SEM成像：

啟動SEM：在冷臺穩定運行后，啟動SEM進行成像。低溫環境下，電子束的參數通常需要調整：降低電子束電壓：低溫條件下，樣品更容易損壞，因此通常使用較低的電子束電壓以減少電子束的損傷。

調整掃描速度：適當減慢掃描速度，增加信號收集時間，以獲得更清晰的圖像。

溫度控制：在成像過程中，持續監控和調節冷臺的溫度，確保溫度波動不會影響樣品的穩定性。

4. 低溫成像的優勢

使用冷臺進行低溫成像具備以下優勢：

減少電子束損傷：低溫環境下，電子束對樣品的損傷大大降低，特別是對于生物樣品和聚合物等易受熱敏感材料。

防止樣品蒸發和變形：樣品在高真空條件下的水分蒸發問題通過冷臺得到有效抑制，尤其對濕潤樣品（如細胞、組織等）有很大幫助。

提高圖像質量：低溫下樣品的穩定性增強，可以獲得更高分辨率和更清晰的圖像。

5. 常見問題與解決方案

在低溫成像過程中，可能遇到以下問題：

冰晶形成：如果樣品冷凍不當，可能形成冰晶，影響樣品結構和圖像質量。使用快速冷凍技術和冷凍保護劑可以避免這種情況。

樣品污染：由于樣品表面可能與空氣中的水分接觸，形成冷凝污染。通過冷凍轉移工具和嚴密的樣品轉移流程可以避免污染。

溫度不穩定：如果冷臺溫度不穩定，可能導致樣品熱脹冷縮，從而影響成像質量。確保冷臺冷卻系統的穩定性和精確的溫控是關鍵。

6. 應用領域

低溫成像在以下領域具有重要應用：

生物樣品成像：如細胞、組織和蛋白質的超微結構成像。低溫成像可以保持樣品的原始狀態，避免樣品脫水和形變。

聚合物和柔性材料：低溫成像可以防止高真空環境下柔性材料的收縮和分解，獲得更精確的表面形態。

液態樣品分析：通過冷凍液態樣品，避免在真空條件下液體蒸發，保留其原始形態進行分析。

以上就是澤攸科技小編分享的如何在掃描電鏡中通過冷臺實現低溫成像。更多掃描電鏡產品及價格請咨詢