【顯微課堂】高質量超薄切片：自動對刀

透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）等電子顯微鏡技術，廣泛應用于獲取生物或非生物材料樣品的結構信息。在電子顯微鏡（EM）應用中，較厚的樣品被切割成厚度小于100納米的超薄切片。

該樣品制備方法有助于獲取高分辨率的電子顯微鏡圖像，并且能夠進一步通過計算重建從多個連續切片中收集的信息，從而獲得較厚樣品的概覽（體積電子顯微鏡學）。

在對樣品塊進行修整以獲得平坦且暴露的塊面后，將其正確對齊到切片刀邊緣至關重要。最終目標是使樣品與切割平面之間的距離盡可能小，以避免樣品材料損失和切片不完整。

wanmei對齊樣品和切片刀是一項具有挑戰性的任務。它需要精密地手動調整樣品傾斜、旋轉和切片刀角度，同時需要正確地控制樣品進給（進刀）。

這對于新手或不常使用超薄切片機的用戶來說尤其困難。不僅存在損壞昂貴切片刀的風險，而且還可能損壞樣品，無法用于切片。即使經驗豐富的操作人員也需要小心謹慎，以確保在較薄樣品（如細胞單層）切片過程中，不會因初始位置未對齊，而損失太多材料。

為了判斷切片刀與樣品之間的距離，用戶需要使用底照光來觀察它們之間的間隙，整個過程在體視顯微鏡下進行。底照光從下方照亮切片刀的背面，并通過樣品塊面的光滑表面反射光線，呈現為一條明亮的條紋（圖4）。這被稱為“光隙"。

wanmei對齊表現為在整個塊面長度上均勻寬度的薄（藍色）光隙（見下文）。

樣品傾轉是最關鍵但不易觀察的影響參數之一。如果樣品傾轉不正確，切片刀在切割過程中將不會與樣品運動保持一致。因此，在獲得完整切片之前，可能會丟失珍貴的樣品。

通過弧形樣品夾以調整塊面與切片刀邊緣之間的角度，可以調節樣品傾轉。以光隙為指標，用戶在調整過程中需要上下移動樣品，直到光隙在整個塊面上顯示相同的厚度（圖7）。

這需要通過迭代方法來調整樣品傾轉。在這個階段，切勿將切片刀太靠近樣品，否則塊面的離切片刀較近部分可能會被wanquan切掉，從而有損失整個樣品的風險。同時，也存在切片刀損壞的風險。

樣品和切片刀角度調整的最后一步是使用光隙作為指標進行調整。在調整樣品傾轉之后，小心地將切片刀朝樣品推進，直到切片刀與塊面之間的光隙幾乎看不見。在接近過程中，光隙的顏色會發生變化，直到最終變為藍色（顏色的變化是衍射的結果，圖8）。使用這種方法，在整個塊面上對齊偏差能夠小于1µm。從塊面反射出的藍色光隙，通常表示塊面與切片刀之間的距離約為400納米。在此距離下，在所有角度上均勻分布的光隙是zui精確指標，盡可能減小材料的損失。

圖8：精細調整過程中，切片刀與塊面之間衍射產生的藍色光隙。

對齊過程會引導用戶完成接近階段，最終對齊步驟將自動完成。這種自動化設計旨在保護切片刀和塊面免受損壞，同時幫助用戶實現wanmei對齊。該功能幫助未經過培訓的用戶，如在核心設施或研究組內工作的用戶，在切片刀和樣品的初始定位階段，在不承擔損壞風險的情況下獲得高質量切片。

需要注意的是，要執行wanquan自動對齊功能，必須滿足某些先決條件。例如，塊面尺寸必須至少為250 x 250µm，最大為1200 x 1200µm。此外，塊面必須具有反射性且足夠干凈。

軟件檢測圖像中的不同邊緣，并對切片刀角度、樣品傾斜和樣品旋轉進行迭代對齊。在此過程中，樣品會上下搖動，以觀察分析整個塊面范圍的光隙，并據此調整樣品傾斜。

在過程結束時，可以自動將切片刀接近樣品，直到大約5µm的距離（圖12）。如果需要，也可以進行手動校正。

對齊過程的目的是避免在獲得完整切片之前，不必要地損失部分樣品區域。為了提供確鑿的證據，證明自動對齊功能能夠可靠地產生高質量切片，我們對樣品進行了一系列超薄切片測試。

在第一組代表性樣品中，專家手動進行了對齊。通常，專家需要切割5-10個厚度為100nm的部分切片，直到獲得完整切片。另一組樣品使用UC Enuity的自動對齊功能進行修塊，其中五個不同樣品使用不同設備進行修塊，樣品塊面尺寸不同。在兩組測試中，部分切片的平均數量均低于或等于10，而最少部分切片的數量在3到7之間（表2）。這證明使用UC Enuity可以成功實現自動對齊。