Autoren
Kontakt

Anmelden

Zum Anzeigen dieser Inhalte ist ein JoVE-Abonnement erforderlich. Melden Sie sich an oder starten Sie Ihre kostenlose Testversion.

In diesem Artikel

  • Zusammenfassung
  • Zusammenfassung
  • Einleitung
  • Protokoll
  • Ergebnisse
  • Diskussion
  • Offenlegungen
  • Danksagungen
  • Materialien
  • Referenzen
  • Nachdrucke und Genehmigungen

Zusammenfassung

Hier stellen wir detaillierte Verarbeitungsprotokolle für die Abbildung empfindlicher Gewebeproben mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM) vor. Drei verschiedene Verarbeitungsmethoden, nämlich Hexamethyl disilazana (HMDS) chemische Trocknung, einfache Lufttrocknung und kritische Punkttrocknung werden für die Herstellung von starren Eierschalen, Embryonen in frühen Entwicklungsstadien und Pilzkulturen beschrieben.

Zusammenfassung

Obwohl die Rasterelektronenmikroskopie (SEM) häufig für die ultrastrukturelle Analyse verschiedener biologischer und nichtbiologischer Proben eingesetzt wird, sind Methoden, die an der Verarbeitung verschiedener biologischer Proben beteiligt sind, mit einzigartigen Praktiken verbunden. Alle in der Literatur beschriebenen konventionellen Verfahren zur Verarbeitung von Proben finden immer noch nützliche Anwendungen, aber subtile Änderungen in der Probenvorbereitung können die Bildqualität verändern und Artefakte einführen. Daher ist die Verwendung einer einzigartigen Probenvorbereitungstechnik, die speziell auf die Art des analysierten Gewebes zugeschnitten ist, erforderlich, um ein qualitativ hochwertiges Bild mit ultrastruktureller Auflösung zu erhalten. Der Schwerpunkt dieser Studie liegt auf der Bereitstellung optimaler Probenvorbereitungsprotokolle für bildgebende Embryonen, starre Eierschalen und Pilzkulturen mit SEM. Die folgenden Optimierungen wurden empfohlen, um gute Ergebnisse für die drei verschiedenen untersuchten empfindlichen biologischen Proben zu erzielen. Die Verwendung von milderen Fixativen wie 4% Paraformaldehyd oder 3% Glutaraldehyd gefolgt von Dehydrierung mit Ethanol-Serie ist obligatorisch. Pilzmyzel auf Agarblöcken, die durch Gleitkulturen gewonnen werden, ergibt eine bessere ultrastrukturelle Integrität im Vergleich zu Kulturen, die direkt aus Agarplatten stammen. Die chemische Trocknung von Embryonen mit HMDS sorgt für das Trocknen ohne Oberflächenspannung im Vergleich zur kritischen Punkttrocknung. HMDS verhindert Risse durch Schrumpfung, da Proben beim Trocknen weniger spröde sind. Für die Pilzkultur bietet die kritische Punkttrocknung jedoch eine akzeptable Bildqualität im Vergleich zur chemischen Trocknung. Eierschalen können ohne spezielle Vorbereitungsschritte mit Ausnahme einer gründlichen Waschung und Lufttrocknung vor der Montage abgebildet werden. Die Vorbereitungsmethoden wurden auf der Grundlage einer akzeptablen Bildqualität standardisiert, die bei jeder Studie ermittelt wurde.

Einleitung

Rasterelektronenmikroskop (SEM) Ultrastrukturanalyse und intrazelluläre Bildgebung ergänzen die Lichtmikroskopie zur dreidimensionalen Profilierung von Prokaryoten, Pflanzen und Tieren. Die hohe räumliche Auflösung eines SEM macht es zu einer der vielseitigsten und leistungsstärksten Techniken, die für die Untersuchung mikrostruktureller Eigenschaften von Proben im Nanometer-Mikrometer-Skala zur Verfügung stehen. Ausgetrocknete Exemplare werden zu kompositorischen und topographischen Strukturen mit intensiven Details aufgelöst, was die Grundlage für die Entwicklung gültiger Schlussfolgerungen über funktionelle Beziehungen1,2,3 bildet. , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9.Bei der Interpretation von SEM-Bildern biologischer Proben ist es eine große Herausforderung, zwischen einheimischen Strukturen und den Artefakten zu unterscheiden, die während der Verarbeitung entstehen. SEM wird in der Regel mit sehr hohen Vakuums betrieben, um Interferenzen durch Gasmoleküle zu vermeiden, die die primären, sekundären oder zurückgestreuten Elektronenstrahlen der Probe10,11beeinflussen. Außerdem sind biologische Materialien aufgrund ihrer schlechten oder nicht leitenden Eigenschaften anfällig für Strahlungsschäden. Es ist wichtig, dass die in das SEM geladenen Proben vollständig trocken und frei von organischen Verunreinigungen sind, um mögliche Ausgasungen in einer Hochvakuumumgebung zu vermeiden10,11. Da biologische Proben meist aus Wasser bestehen, sind zusätzliche Präparative Techniken erforderlich, um sicherzustellen, dass die einheimischen Strukturen erhalten bleiben.

Die erhaltene Auflösung basiert auf der Optimierung von Vorbereitungsmethoden, die für Probentypen und verwendete Instrumentparameter spezifisch sind. Daher ist es notwendig, die Verwendung von generalisierten Verarbeitungsschritten für alle Gewebetypen zu vermeiden. Einige biologische Proben benötigen eine weniger strenge Verarbeitung, um ihre Struktur zu erhalten, während für empfindliche Probentypen möglicherweise mehr Zeit und Sorgfalt erforderlich sind, um das Einbringen von Trocknungsartefakten wie Schrumpfung und Kollaps zu vermeiden. Die Probenvorbereitung ist ein wichtiger Schritt in der SEM-Bildgebung; die Ergebnisse morphometrischer Studien werden durch Probenvorbereitungsverfahren12,13bemerkenswert beeinflusst. Häufige Vorbereitungsschritte für viele biologische Proben sind Fixierung, Dehydrierung und Beschichtung mit einem Metall wie Gold, Platin oder Palladium, um ihre Oberflächen leitfähig für die SEM-Analyse umzuwandeln. Die Art und Kombination der verwendeten Schritte hängt von der Art des Gewebes und den spezifischen Zielen der Studie ab. Ladungsaufbau, Empfindlichkeit gegenüber Vakuum- und Elektronenstrahlschäden stellen Probleme bei der Verarbeitung weicher empfindlicher biologischer Proben dar, was zusätzliche Verarbeitungsschritte erforderlich macht, um die native Struktur des Objekts beizubehalten. Mit konventionellen Methoden wie Osmiumtetroxid-Fixierung, und Dehydrierung verursachen Schrumpfung und den Zusammenbruch von empfindlichen Geweben14,15,16,17. Ziel der Studie ist es, elegante Methoden zu etablieren, die durch die Kombination von Ideen aus früheren Studien mit Modifikationen zur Herstellung und Abbildung von weichen empfindlichen Geweben (z. B. Reptilienembryonen, Eierschalen von bemalten Schildkröten und Pilzkulturen) abgeleitet werden.

Die Auswahl eines geeigneten Befestigungsverfahrens ist der erste wichtigste Schritt für die mikroskopische Analyse biologischer Proben. Die Fixierung des Gewebes unmittelbar nach der Isolierung von einem Organismus ist wichtig, um Veränderungen in ihrer Morphologie durch Zersetzung zu verhindern. Ein wirksames Fixierungsmittel sollte zelluläre Prozesse beenden, indem es die Zellen schnell durchdringt und die Wirkung irreversibel beibehält, um die Struktur der Probe zu stabilisieren, um sowohl nachfolgenden Verarbeitungsschritten als auch einer Untersuchung unter dem SEM17 standzuhalten. , 18. Obwohl mehrere chemische und physikalische Fixierungsmethoden bekannt sind, wird chemische Fixierung häufiger für biologische Proben verwendet, um zelluläre Veränderungen aufgrund von Autolyse-, Verwesungs- und Trocknungseffekten zu vermeiden. Es gibt zahlreiche fixative chemische Formulierungen in der Literatur diskutiert17,19,20,21,22,23, Fixative, die durch Denaturierung und koagierende biologische Makromoleküle und solche, die durch kovalent vernetzung von Makromolekülen fixieren. Alkohole werden als denaturierende Fixative verwendet, die die Ultrastruktur sehr schlecht erhalten und hauptsächlich für die Lichtmikroskopie verwendet werden und nicht für elektronenmikroskopische Analysen empfohlen werden. Vernetzung von Fixativen wie Formaldehyd, Glutaraldehyd und Osmiumtetroxid erzeugen eine intermolekulare und intramolekulare Vernetzung zwischen Makromolekülen innerhalb des Gewebes und bieten eine hervorragende Konservierung von Ultrastrukturen11 ,24,25,26. Biologische Proben sind temperaturempfindlich. Die Temperatur zu Beginn der Fixierung wird empfohlen, 4 °C zu sein, um die laterale Mobilität von Membranproteinen zu reduzieren, die Diffusion interzellulärer Moleküle zu verlangsamen und die Fixierungsrate zu verlangsamen11. Die für die Behebung des Gewebes benötigte Zeit hängt weitgehend von der Größe der Probe und der Geschwindigkeit ab, mit der das Fixierungsmittel mit den Komponenten der Probe diffundiert und reagiert. Eine nächtliche Fixierung in 4% Paraformaldehyd oder 3% Glutaraldehyd in PBS bei 4 °C ist die bevorzugte Methode für die SEM-Analyse von Proben, die in dieser Studie für ihre sequenziellen penetrativen Eigenschaften verwendet werden, die die Verarbeitung kleinerer empfindlicher Proben ermöglichen17 , 18 , 19 , 20 , 27. Ein Post-Fixierungsschritt mit Osmiumtetroxid wird nicht nur aufgrund seiner toxischen Natur eliminiert, sondern auch festgestellt, dass er keinen zusätzlichen Vorteil zur Verbesserung der Bildqualität für die in dieser Studie analysierten Proben implementiert.

Biologische Proben enthalten Flüssigkeiten, die den SEM-Betrieb stören; Daher müssen die Proben getrocknet werden, bevor sie in die SEM-Probenkammer eingesetzt werden. Sobald die Austrocknung gewährleistet ist, muss das Lösungsmittel aus dem Gewebe entfernt werden, ohne aufgrund der Oberflächenspannung/-trocknung Artefakte in die Proben zu erzeugen. Drei verschiedene Trocknungsmethoden wurden häufig bei der Verarbeitung von Geweben für die SEM-Bildgebung verwendet: Lufttrocknung, kritische Punkttrocknung und Gefriertrocknungsproben28,29,30,31. Wenige Studien berichten von allen drei Trocknungsmethoden, die identische Ergebnisse mit tierischen Gewebeproben28,29,30,31ergeben. Eine allgemeine Praxis, die für kleinere Proben verwendet wird, ist die chemische Dehydrierung durch aufsteigende Konzentrationsreihen von Alkohol und Hexamethyldisilazan (HMDS), aber größere Proben werden mit einem kritischen Punkttrocknungsgerät (CPD)32getrocknet. Während des Trocknungsprozesses bilden sich erhebliche Kräfte in kleinen Hohlräumen, die durch eine Flüssigkeits-/Gasschnittstelle durch die Probe geleitet werden; dies kann sogar zu einem vollständigen Zusammenbruch der Hohlkonstruktionenführen 33. Jede Verformung, die durch die Behandlung auftritt, könnte dann als natives strukturelles Merkmal der Probe verwechselt werden. So sollte das generalisierte Phänomen für die Verarbeitung eliminiert und ein einzigartiger Trocknungsprozess für jeden Gewebetyp standardisiert werden, insbesondere wenn empfindliche Gewebeproben analysiert werden.

In mehreren Versuchen, die mit verschiedenen Kombinationen aller oben genannten Verfahren durchgeführt wurden, standardisierten wir die Methoden, die für die SEM-Analyse von drei empfindlichen Geweben verwendet werden können: Reptilienembryonen, Eierschalen von bemalten Schildkröten und Pilzkulturen. Entwicklungsbiologen und Morphologen beschreiben normale und abnorme Morphogenese während der Embryoentwicklung bei repräsentativen Wirbeltieren. Untersuchungen zu Gensignalwegen hängen von der morphologischen Beschreibung neuartiger Strukturen ab. Um eine abrupte Veränderung der Wirbeltier-Embryostruktur während der SEM-Analyse zu vermeiden, empfehlen wir eine chemische Trocknung nach Austrocknung. Chemische Trocknung mit HMDS ist die relativ neueste Trocknungsmethode und die Vorteile sind relative Schnelligkeit, Benutzerfreundlichkeit, Kostenverluste und das begrenzte Know-how und die benötigte Ausrüstung9. CPD ist eine häufig verwendete Trocknungstechnik, bei der CO2 bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck über die Proben hinweg gesteuert wird. Wir haben festgestellt, dass HMDS zum Trocknen von weichen empfindlichen Geweben geeignet ist und die Verarbeitung größerer Proben im Vergleich zur kritischen Punkttrocknung ermöglicht, die eine umfangreiche Verformung embryonaler Gewebe verursachte. Mehrere Methoden wurden verwendet, um Proben für SEM-Bildgebung vorzubereiten, um die morphologischen Eigenschaften von Pilzen zu untersuchen34. Pilzproben werden häufig in Osmiumtetroxid, gefolgt von Ethanoldehydrierung und kritischer Punkttrocknung, fixiert, was zufriedenstellende Ergebnisse liefern kann, obwohl die toxischen Wirkungen von Osmiumtetroxid6,7,35 und der Verlust von Pilzmaterialien beim Wechsel von Lösungen während der Verarbeitung sind ausgesprochene Nachteile. Die Probenvorbereitungstechnik mit Lufttrocknung ohne Fixierung wurde ebenfalls36 praktiziert, führt aber zu geschrumpften und zusammengebrochenen Strukturen, und die Beobachtung solcher Proben kann leicht falsch interpretiert werden, während die Art charakterisiert wird. Pilz-Hypha verliert seine Integrität in Kontakt mit Flüssigkeiten und eine gleichmäßige Trocknung kann nicht erreicht werden, um die Struktur wiederherzustellen. Aufgrund dieses Effekts wird die Gefriertrocknung häufig zum Trocknen von Weichgeweben wie Pilzmyzel verwendet. Gefriertrocknung funktioniert gut für saubere Materialien, aber das Vorhandensein von Salzen oder Sekretion wird Oberflächendetails verdecken, die nur auf der SEM-Betrachtungsphase identifiziert werden. Wir haben die Gleitkulturmethode mit Glutaraldehyd-Fixierung und kritischer Punkttrocknung gekoppelt, um strukturelle Details intakter Pilzhyphen und Sporen zu ergeben. Obwohl die CPD-Trocknung schrumpfe in Embryonen, führte sie in Verbindung mit der Glutaraldehyd-Fixierung zu gut erhaltenen myzelialen Strukturen. Die Eierschale ist von primärer Bedeutung für den Embryo von eiförmigen Tieren, da sie nicht nur als Schutzhülle fungiert, sondern auch mechanische Stabilität, Durchlässigkeit für Gas und Wasser und eine Kalziumreserve für den sich entwickelnden Embryo bietet. Süßwasserschildkröten-Eierschalen werden aufgrund ihrer Struktur als "starr" eingestuft und aufgrund ihrer Verfügbarkeit von Biologenmitgroßer Aufmerksamkeit 1,2,3,4 , 5 , 6 , 7 , 37 , 38.

Wir beschreiben einfache Methoden zur einfachen Untersuchung von Eierschalen- und Schalenmembranen von lackierten Schildkröten, die auf jede starre Eierschalenart angewendet werden können. Die Methoden der Vorbereitung wurden anhand der resultierenden Bildqualität und reduzierten potenziellen Artefakten bewertet.

Protokoll

HINWEIS: Bemalte Schildkröten -Chrysemys picta) Eier, die in dieser Studie verwendet wurden, wurden während der Brutzeit von Mai bis Juni 2015-16 von der Rice Creek Field Station, Oswego New York mit Genehmigung des New York State Department of Environmental gesammelt Konservierung (DEC).

1. Chemische Trocknungsmethode zur Verarbeitung von Embryonen für SEM

  1. Sammeln Sie Schildkröteneier von Feldstandorten während der Brutzeit. Bereiten Sie die Inkubationskammern im Voraus vor, aus Kunststoffboxen mit Deckeln (L x B x H) 6,7 cm x 25,4 cm x 10,2 cm gefüllt mit Einstreumedium, das mit einer feuchten Mischung aus Vermiculit und Torfmoos (1:1 Verhältnis) zubereitet wird. Machen Sie 4-6 Löcher von ca. 0,25 cm entlang der Seiten der Boxen und auf dem Deckel, um belüftung zu ermöglichen.
  2. Entfernen Sie vorsichtig den Boden aus dem Nest, um die Eier zu entdecken. Wischen Sie die Oberfläche von Schildkröteneiern mit verdünnter Jodtinktur (1:25.000), um die mikrobielle Kontamination während der Inkubation zu kontrollieren. Legen Sie die Kupplungen getrennt voneinander, Kupplungsgröße der bemalten Schildkröte kann von 5-9 Eier variieren und legen Sie maximal 8-9 Eier pro Box.
    HINWEIS: Behandeln Sie die Eier während der Entnahme, des Wischens, Beschriftens und Platzierens in den Boxen sorgfältig. Position und Ausrichtung der Eier müssen die gleiche sein, wie sie gelegt wurden, jede Bewegung wird die Embryoentwicklung hemmen.
  3. Die Eier zur Hälfte in die Bettwäsche legen, abdecken und die Box in den Inkubator legen, der bei 30 °C eingestellt ist. Inkubieren Sie die Eier für 10-17 Tage, um die embryonalen Stadien 12, 13 und 18 zu erhalten, die in dieser Studie verwendet werden. Fügen Sie destilliertes Wasser hinzu, um das Einstreumedium jeden zweiten Tag teilweise zu befeuchten, um Austrocknung zu vermeiden und den Feuchtigkeitsgehalt für die normale Entwicklung der Embryonen aufrechtzuerhalten.
    HINWEIS: Inkubations- und Inszenierungsembryonen sind nach einer vollständigen Entwicklungstabelle, die früher veröffentlicht wurde39.
  4. Fixieren Sie die Embryonen, indem Sie den ersten Schnitt auf einer Seite der dorsalen Eierschale und der Dottermembran zusammen, vertikal zur langen Achse mit spitzer Schere machen. Legen Sie die Schere vorsichtig in das Eigelb ein, um das Schneiden der embryonalen Scheibe zu vermeiden. Schneiden Sie nun die seitliche Seite des Eis entlang der langen Achse und schneiden Sie dann die andere Seite des Eis entlang der kurzen Achse.
  5. Das ausgeschnittene Stück mit der Embryoseite mit Zangen nach oben schälen. Schneiden Sie die andere Seitenseite der Eierschale und legen Sie das ausgeschnittene Stück in Phosphatgepufferte Kochung (PBS bei einem pH-Wert von 7,4).
    HINWEIS: Das Schildkrötenei wird mit hochviskosem Eigelb gefüllt und die Dorsalseite des Embryos haftet an der Eierschalenmembran. Die Eierschalenmembran in der Nähe des Embryos ändert sich mit der Inkubation von transluzentem Weiß zu einem undurchsichtigen, kalkweißen Weiß. Dies ermöglicht es, den Embryo in der Mitte der langen Achse zu lokalisieren und als dunkel verkalkter Fleck von außen40,41gesehen werden.
  6. Verwenden Sie ein Stereomikroskop, um die Embryonen zusammen mit der Dottermembran zu isolieren, indem Sie sie mit Zangen von der Eierschale abziehen. Entfernen Sie extraembryonale Membranen mit Zangen und Mikroscheren. Übertragen Sie den Embryo mit einem Embryolöffel auf frische PBS in einer Petrischale, um Blut oder Eigelb zu waschen.
  7. Verwenden Sie klare 12-Well-Platten, um die Embryonen über Nacht in 4% Paraformaldehyd in PBS bei 4 °C oder in 2-3% Glutaraldehyd in PBS zu fixieren. Legen Sie je nach Größe der Embryonen jeweils ein bis drei Embryonen in jeden Brunnen. Stellen Sie sicher, dass die vollständige Infiltration (Proben erscheinen weiß) für ältere Embryonen durch Verlängerung der Fixierungszeit um 2-3 Tage. Embryonen 3x mit frischem PBS für 5 min pro Spülung spülen.
    HINWEIS: Vermeiden Sie es, die Oberfläche des Embryos zu beschädigen, indem Sie Polystyroleinsätze mit Polyester-Mesh-Böden für 12-Well-Platten verwenden, um Proben von einem Lösungsmittel auf ein anderes zu übertragen.
  8. Dehydrieren Sie Proben mit einer Reihe von Ethanolkonzentrationen in destilliertem Wasser: 30%, 50%, 70%, 80%, 95% und 100% und behandeln Sie Proben für 1 h in jeder Dehydrationslösung. Wiederholen Sie den Schritt mit 100% Ethanol zweimal, um eine vollständige Austrocknung zu gewährleisten. Bei nicht sofortverwendeter Verwendung Proben länger in 70% Ethanol bei -20 °C lagern.
  9. Trockene Embryonen mit einer Reihe von Hexamethyldisilazana (HMDS) bis 100% Ethanolkonzentration: 1:2, 2:1 und 100%. Lassen Sie die Proben in jeder Lösung für 20 min und halten Sie die Petrischale teilweise während des Prozesses bedeckt.
    HINWEIS: Führen Sie alle Schritte mit HMDS in Dunstabzugshaube mit notwendiger persönlicher Schutzausrüstung durch, da HMDS hochgiftig ist.
  10. Lassen Sie die Embryonen in der endgültigen 100% HMDS-Lösung ganz oder teilweise in einer Dunstabzugshaube über Nacht abgedeckt und helfen Sie bei der Verdunstung von HMDS, sodass die Proben für die Montage und Sputterbeschichtung bereit bleiben. Bedecken Sie die Schale, um Staub absetzen über die Proben zu beseitigen.
    HINWEIS: Das Gewebe erscheint weiß nach der vollständigen Trocknung und teilweise getrocknete Proben werden gelb in der Farbe aussehen, lassen Sie diese Gewebe in der Dunstabzugshaube für eine längere Zeit.
  11. Wählen Sie die Größe von Aluminium-Stubs und Carbon-Klebeband pro Größe der analysierten Probe. Montieren Sie die getrockneten Proben sorgfältig auf einem Standard-Aluminium-Stift-Stub (12,7 mm x 8 mm) mit Doppelstab-Carbon-Leitband (12 mm).
  12. Führen Sie montierte Proben in die Kammer des Sputterlackturms ein, um die Probe mit einem sehr dünnen Goldfilm zu beschichten, um den Ladungseffekt zu vermeiden. Vergolden Sie die Proben für 60-120 s bei einem 35 mA Spututter.
  13. Montieren Sie die Stummel an entsprechenden Porenplatten, indem Sie die Stellschrauben sicher befestigen. Übertragen Sie den Probenhalter mit dem Probenaustauschwerkzeug in oder aus der Probenkammer von SEM. Stellen Sie die Proben im Hochvakuummodus mit einer Beschleunigungsstrahlspannung von 10 kV und Emissionsstrom 10 A ab.
    HINWEIS: Tragen Sie beim Umgang mit Proben, Probenhaltern, Befestigungsstabern und Transferwerkzeugen immer Handschuhe, um Fettkontaminationen von den Händen auf das SEM-System zu vermeiden.
  14. Testen Sie die unten aufgeführten alternativen Verfahren, um die Auflösung der Proben zu vergleichen, die aus dem oben genannten Verfahren gewonnen wurden.
    1. Fügen Sie eine Post-Fixierung mit 1% Osmiumtetroxid für 1 h bei Raumtemperatur nach Schritt 1.7 ein.
    2. Teilweise oder vollständig entfernen Sie die HMDS bei Schritt 1.10 für eine schnelle schnelle Verdunstung von HMDS.
    3. Verarbeiten Sie Embryonen nach Schritt 1.8 unter Verwendung der kritischen Punkttrocknung (CPD) unter Befolgen der Schritte 3.3-3.4.

2. Vorbereitung der Eierschale für SEM nach einem Lufttrocknungsverfahren

  1. Sammeln und bebrüten Sie die bemalten Schildkröten -Chrysemys picta) Eier, um die Embryonen gemäß den Schritten 1.1-1.7 zu fixieren.
  2. Eierschalen in destilliertem Wasser nach Embryofixierung in Schritt 2.1 speichern. Reinigen Sie die Eierschalen gründlich, indem Sie destilliertes Wasser mindestens 1 h einweichen, um Die Kontamination von Dotter und Albumin zu beseitigen.
  3. Lufttrockene Eierschalen nach dem Waschen auf empfindlichen antistatischen Tüchern in der Dunstabzugshaube über Nacht. Getrocknete Eierschalen in sauberen Probenflaschen aufbewahren, die nach Anzahl und Stufe gekennzeichnet sind.
  4. Montieren, Sputtern und Abbilden der Proben durch folgende Schritte in den Schritten 1.11-1.13.

3. Kritische Punkttrocknungsmethode zur Herstellung von Pilzkulturen für SEM

  1. Gleitkulturen etablieren
    1. Kartoffeldextrose-Agar-Medien (PDA) für Pilzkulturen vorbereiten: 39 g PDA-Leistung in 1 L destilliertes Wasser in einem Erlenmeyerkolben hinzufügen. Mischen Sie das Medium gut, indem Sie den Kolben und den Autoklaven bei 121 °C 30 min. 30 min lang die Medienlösung abkühlen lassen und dann das Antibiotikum Chloramphenicol (25 g/ml) mit einer sterilen Mikropipette hinzufügen.
      HINWEIS: Nach der Sterilisation sollte die Agarlösung heiß sein und nicht bald erstarren. Kühlen Sie es so, dass es die Antibiotika nicht inaktiviert.
    2. Mischen Sie es durch Wirbeln und gießen Teller (ca. 10-12 ml Medien pro 10 cm Petrischale), sorgfältig stapeln und erstarren lassen.
    3. Verwenden Sie eine sterile Skalpellklinge, um kleine Agarblöcke etwa 1/2 bis 3/4 Zoll auszuschneiden. Entfernen Sie einen Agarblock und legen Sie ihn auf ein sauberes Glasmikroskop.
    4. Legen Sie die Rutsche in eine saubere Petrischale, um Verunreinigungen zu vermeiden und Feuchtigkeit während der Inkubation zu erhalten.
    5. Heben Sie den Schlitten vom Boden der Petrischale mit einem sterilen Zahnstocher an, um Oberflächenspannungen zwischen der Platte und dem Schlitten zu erzeugen, um den Glasschlitten zu entfernen, ohne das empfindliche Wachstum nach der Inkubation zu stören.
    6. Verwenden Sie eine sterile Schleife oder eine Nadel, um einige der Pilze von der Probe inoculum auf jede der vier Seiten des Agarblocks auf der Rutsche zu übertragen.
    7. Legen Sie nach der Impfung einen sauberen Deckelrutsch auf die Oberfläche des Agarblocks. Fügen Sie ein paar Tropfen steriles destilliertes Wasser in die Petrischale um die Rutsche, um Feuchtigkeit für die wachsenden Pilze zu gewährleisten.
    8. Versiegeln Sie die Platte teilweise mit Paraffinfolie und inkubieren Sie die Platte bei 30 °C für eine angemessene Zeit (für Fusarium-Arten inkubieren für 36 bis 48 h).
    9. Entfernen Sie die Rutsche von der Petrischale und trennen Sie den fest verklebtedeckel vom Agarblock mit steriler Zange. Fixieren Sie die Agarblöcke in 3% Glutaraldehyd in PBS über Nacht bei 4 °C.
  2. Dehydrieren Sie die Proben, indem Sie eine Ethanol-Serie durchlaufen: 10%, 25%, 50%, 75% und 90% mit 15 min pro Änderung. Verarbeiten Sie die Proben für die endgültige Austrocknung mit zwei Veränderungen in 100% Ethanol, die jeweils 30 Minuten dauern, um eine vollständige Sättigung zu gewährleisten.
  3. Kritische Punkttrocknung: Dehydrierte Proben in die Kammer des CPD-Geräts legen. Versiegeln und kühlen Sie die Kammer, indem Sie die Ventile öffnen, um flüssiges CO2 ein- und auslüften zu lassen, bis flüssiges CO2 die Kammer vollständig füllt.
    1. Versiegeln und erwärmen Sie die Kammer langsam, um einen kritischen Punkt zu erreichen, wenn der Kammerdruck 1000 psi überschreitet und die Temperatur 31 °C überschreitet, die Flüssigkeits- und Gasphase vonCO2 ist im Gleichgewicht. Entleeren Sie das CO2 langsam aus der Kammer und der Probe als Gas, um Auswirkungen der Oberflächenspannung zu vermeiden.
  4. Führen Sie die Montage, Vergoldung und Abbildung der Proben durch folgende Schritte gemäß den Schritten 1.11-1.13 durch.
  5. Führen Sie eine vergleichende Analyse durch chemische Trocknung der Proben aus Schritt 3.2 mit HMDS durch die folgenden Schritte 1.9-1.13 durch.

Ergebnisse

Abbildung 1 zeigt die rasterelektronenmikrografische Analyse von gemalten Schildkrötenembryonen (Chrysemys picta). Bemalte Schildkröteneier, die auf einem Einstreumedium gesammelt und inkubiert wurden, die nach der chemischen Trocknung auf Aluminiumstummeln montiert waren, wurden für die SEM-Bildgebung verwendet (Abbildung 1A-E). Eine seitliche Ansicht eines Embryos der Stufe 12 zeigt die craniofacial Strukturen; die Oberkieferpromi...

Diskussion

In unserer Studie wurden verschiedene Fixierungsmittel, Dehydrierungs- und Trocknungsmethoden getestet, um drei verschiedene empfindliche biologische Proben für die SEM-Bildgebung vorzubereiten: Embryonen, Eierschalen und Pilzkulturen. SEM wird häufig für die Oberflächenanalyse verwendet, so dass die fixative Penetration weniger besorgniserregend ist, aber es muss verstanden werden, dass schlecht fixierte interne Strukturen nach innen schrumpfende oder/und kollabierte Oberflächenstrukturen verursachen. Erweiterte Fi...

Offenlegungen

Die Autoren haben nichts zu verraten

Danksagungen

Die Autoren danken Dr. Daniel Baldassarre, SUNY Oswego für hilfreiche Diskussionen und Kommentare zum Manuskript. Diese Studie wurde von Rice Creek Associate Grants, Oswego, unterstützt; Challenge Grants SUNY Oswego and National Science Foundation (NSF) Small Grants to PGL and JG.

Materialien

NameCompanyCatalog NumberComments
AgarFischer ScientificS25127Afor slide cultures
Aluminum pin stubTedpella1611112.7 mm x 8 mm
BD Difco Dehydrated Culture Media: Potato Dextrose AgarBD 213400DF0013-17-6Media for isolation and cultivation of Fungi, yeast and molds
ChloramphenicolFischer BioReagentsBP904-100Antibiotic for media
Coarse VermiculiteGreenhouse MegastoreSO-VER-12bedding medium
Clear 12- well plateCorning07-201-589for fixing embryo
CoverslipsFischer ScientificS17525Bfor slide culture
Critical Point DryerQuorum CPDEMS850critical point drying
Culture dishesFischer Scientific08 747BDISH PETRI 100X10MM 12/PK
EthanolFischer ScientificA406P 4dehydration agent
Forceps- Aquarius TweezersTedpella5804style 4, length 108mm, widh x thickness 0.017 x 0.17 mm
GlutaraldehydeFischer ScientificG151-1fixative
Gold target for sputter coaterDENTON VACUUMTAR001-0158Gold Target, 2.375″ D X .002″
HexamethyldisilazanaFischer ScientificC19479-5000chemical drying agent
Kim wipesKimtechS-8115cleaning
Microscope slidesThermo Scientific67-762-16for slide culture
Microscopy ScissorsTedpella1327Double pointed, stainless steel, 100 mm L (3-5/8").
Micro-scissorsTedpella1346Vannas-type, straight, 80mm L
Moria Perforated Embryo SpoonFine Science Tools10370-17Length 14.5 cm, tip diameter 20 mm, spoon depth 5 mm
Netwell InsertsCorning0330B0915 mm Inserts with 74 µm Mesh Size Polyester Membrane act as handy carriers during specimen processing into different solvents
ParaformaldehydeFischer ScientificT353 500fixative
Peat mossWalmart- Miracle Gro551705263bedding medium
PELCO tabs double stick carbon conductive tapeTedpella500012 mm OD
Sputter coaterDENTON VACUUMDESK Vthin metal coating
SEMJEOL USAJEOL JSM 6610LV scanning electron scopeelectron microscopy

Referenzen

  1. Packard, M. J. Ultrastructural Morphology of the Shell and Shell Membrane of Eggs of Common Snapping Turtles (Chelydra serpentina). Journal of Morphology. 165 (2), 187-204 (1980).
  2. Solomon, S. E., Watt, J. M. The structure of the eggshell of the leatherback turtle (Dermochelys coriacea). Animal Technology. 36 (1), 19-27 (1985).
  3. Sahoo, G., Mohapatra, B. K., Sahoo, R. K., Mohanty-Hejmadi, P. Ultrastructure and Characteristics of Eggshells of the Olive Ridley Turtle (Lepidochelys olivacea) from Gahirmatha, India. Acta Anatomica. 156, 261-267 (1996).
  4. Mitrus, S. The calcareous layer eggshell of the turtle Emys Orbicularis: Ultrastructure and composition. Italian Journal of Zoology. 70 (1), 13-16 (2003).
  5. Chang, Y., Chen, P. Y. Hierarchical structure and mechanical properties of snake (Naja atra) and turtle (Ocadia sinensis) eggshells. Acta Biomaterialia. 31, 33-49 (2016).
  6. Samson, R. A., Stalpers, J. A., Verkerke, W. A simplified technique to prepare fungal specimens for scanning electron microscopy. Cytobios. 24, 7-11 (1979).
  7. Kaminskyj, S. G. W., Dahms, T. E. S. High spatial resolution surface imaging and analysis of fungal cells using SEM and AFM. Micron. 39, 349-361 (2008).
  8. Wisse, E., et al. Fixation methods for electron microscopy of human and other liver. World Journal of Gastroenterology. 16 (23), 2851-2866 (2010).
  9. Braet, F., De Zanger, R., Wisse, E. Drying cells for SEM, AFM and TEM by hexamethyldisilazane: a study on hepatic endothelial cells. Journal of Microscopy. 186 (1), 84-87 (1997).
  10. Echlin, P. . Handbook of Sample Preparation for Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis. , (2009).
  11. Bell, P. B., Safiejko-Mroczka, B. Preparing whole mounts of biological specimens for imaging macromolecular structures by light and electron microscopy. International Journal of Imaging System Technology. 8 (3), 225-239 (1997).
  12. Bahr, G. F., Bloom, G., Friberg, U. Volume changes of tissues in physiological fluids during fixation in osmium tetroxide or formaldehyde and during subsequent treatment. Experimental Cell Research. 12 (2), 342-355 (1957).
  13. Baker, J. R. . Principles of biological microtechnique; a study of fixation and dyeing. , (1958).
  14. Glauert, A. M. Practical methods in electron microscopy. Journal of Microscopy. 3, 5-65 (1974).
  15. Hayst, M. A. Biological Applications. Principles and techniques of electron microscopy, 4th ed. , 13-105 (1970).
  16. Pathan, A. K., Bond, J., Gaskin, R. E. Sample preparation for SEM of plant surfaces. Materials Today. 12 (1), 32-43 (2010).
  17. Hayat, M. A. . Electron microscopy: Biological applications. 4th ed. , (2000).
  18. Hayat, M. A. . Fixation for electron microscopy. , (1981).
  19. Karnovsky, M. J. A formaldehyde-glutaraldehyde fixative of high osmolarity for use in electron microscopy. Journal of Cell Biology. 27, 137-138 (1965).
  20. McDowell, E. M., Trump, B. F. Histologic fixatives suitable for diagnostic light and electron microscopy. Archives Pathology and Laboratory Medicine. 100, 405 (1976).
  21. Wisse, E., et al. Fixation methods for electron microscopy of human and other liver. World Journal of Gastroenterology. 16 (23), 2851-2866 (2010).
  22. Fischer, E. R., Hnasen, B. T., Nair, V., Hoyt, F. H., Dorward, D. W. Scanning Electron Microscopy. Current Protocols in Microbiology. , (2012).
  23. Magalhaes, M., et al. Embryonic development of the Giant South American River Turtle, Podocnemis expansa (Testudines: Podocnemididae). Zoomorphology. 136 (4), 523-537 (2017).
  24. Hopwood, D. Fixatives and fixation: a review. The Histochemistry Journal. 1 (4), 323-360 (1969).
  25. Fox, C. H., Johnson, F. B., Whiting, J., Roller, P. P. Formaldehyde fixation. Journal of Histochemistry and Cytochemistry. 33 (8), 845-853 (1985).
  26. Bell, P. B., Rundquist, I., Svensson, I., Collins, V. P. Formaldehyde sensitivity of a GFAP epitope, removed by extraction of the cytoskeleton with high salt. Journal of Histochemistry and Cytochemistry. 35 (12), 1375-1380 (1987).
  27. Hayat, M. A. Glutaraldehyde: Role in electron microscopy. Micron and Microscopica Acta. 17 (2), 115-135 (1986).
  28. Nation, J. L. A new method using hexamethyldisilazane for preparation of soft insect tissues for scanning electron microscope. Stain Technology. 58 (6), 347-351 (1983).
  29. Bray, D. F., Bagu, J., Koegler, P. Comparison of hexamethyldisilazane (HMDS), Peldri II, and critical point drying methods for scanning electron microscopy of biological specimens. Microscopy Research Technique. 26 (6), 489-495 (1993).
  30. Barre, C., O'Neil, D., Bricelj, V. M. Preparation of large bivalve specimens for scanning electron microscopy using Hexamethyldisilazane (HMDS). Journal of Shellfish Research. 25 (2), 639-641 (2006).
  31. Lee, J. T. Y., Chow, K. L. SEM sample preparation for cells on 3D scaffolds by freeze-drying and HMDS. SCANNING. 33, 1-14 (2011).
  32. Araujo, J. C., et al. Comparison of hexamethyldisilazane and critical point drying treatments for SEM analysis of anaerobic biofilms and granular sludge. Journal of Electron Microscopy. 52, 429-433 (2003).
  33. Boyde, A., Bailey, E., Jones, S. J., Tamarin, A. Dimensional changes during specimen preparation for scanning electron microscopy. SEM/IITRI. 10, 507-518 (1977).
  34. Read, N. D., Porter, R., Beckett, A. A comparison of preparative techniques for the examination of the external morphology of fungal material with the scanning electron microscope. Canadian Journal of Botany. 61 (8), 2059-2078 (1983).
  35. Melo, I. S., Faull, J. L. Scanning electron microscopy of conidia of Thichoderma stromaticum, a biocontrol agent of witches broom disease of cocoa. Brazilian Journal of Microbiology. 35, 330-332 (2004).
  36. Pathan, A. K., Bond, J., Gaskin, R. E. Sample preparation for scanning electron microscope of plant surfaces- Horses for courses. Micron. 39, 1049-1061 (2008).
  37. Packard, G. C., Taigen, T. L., Packard, M. J., Boardman, T. J. Water relations of pliable-shelled eggs of common snapping turtle (Chelydra serpentine). Canadian Journal of Zoology. 58, 1404-1411 (1979).
  38. Packard, M. J., Packard, G. C., Boardman, T. J. Structure of eggshells and water relations of reptilian eggs. Herpetologica. 38, 136-155 (1982).
  39. Cordero, G. A., Janzen, F. J. An Enhanced Developmental Staging Table for the Pianted Turtle, Chrysemys picta (Testudines: Emydidae). Journal of Morphology. 275, 442-455 (2014).
  40. Yntema, C. L. Procurement and use of turtle embryos for experimental procedures. The Anatomical Record. 149, 577-586 (1964).
  41. Matsubara, Y., Kuroiwa, A., Suzuki, T. Efficient harvesting methods for early-stage snake and turtle embryos. Development Growth Differentiation. 58, 241-249 (2016).
  42. Moran, P., Coats, B. Biological Sample Preparation for SEM Imaging of Porcine Retina. Microscopy Today. , 10-12 (2012).
  43. Bray, D. F., Bagu, J., Koegler, P. Comparison of hexamethyldisilazane (HMDS), Peldri II, and critical point drying methods for scanning electron microscopy of biological specimens. Microscopy Research Technique. 26, 489-495 (1993).
  44. Botes, L., Price, B., Waldron, M., Pitcher, G. C. A simple and rapid Scanning Electron Microscope preparative technique for delicate "Gymnodinioid" Dinoflagellates. Microscopy Research Technique. 59, 128-130 (2002).
  45. Dekker, N. P., Lammel, C. J., Brooks, G. F. Scanning Electron Microscopy of piliated Neisseria gonorrhoeae processed with hexamethyldisilazane. Journal of Electron Microscopy. 19, 461-467 (1991).
  46. Fratesi, S., Lynch, F. L., Kirkland, B. L., Brown, L. R. Effects of SEM preparation techniques on the appearance of bacteria and biofilms in the Carter Sandstone. Journal of Sedimentary Research. 74, 858-867 (2004).
  47. Jung, S. W., Joo, H. M., Park, J. S., Lee, J. H. Development of a rapid and effective method for preparing delicate dinoflagellates for scanning electron microscopy. Journal of Applied Phycology. 22, 313-317 (2010).
  48. Bernd, S., Bentley, D. Use of HMDS (hexamethyldisilazane) to dry organic microstructures in etched bivalve mollusk and barnacle shells. Nautilus -Greenville then Sanibel. 116, 25-31 (2002).
  49. Bowen, W. R., Hemann, C. C., Johnson, A. A., Good, B. H. Mermithid Nematodes: SEM Observations Comparing Hexamethyldisilazane and Critical Point Drying Methods. Journal of the Arkansas Academy of Science. 44, (1990).
  50. Jusman, J., Ng, S. C., Osman, N. A. A. Investigation of CPD and HMDS Sample Preparation Techniques for Cervical Cells in Devloping Computer-Aided Screening System Based on FE-SEM/EDX. The Scientific World Journal. 289817, 1-11 (2014).
  51. Hazrin-Chong, N. H., Manefield, M. An alternative SEM drying method using hexamethyldisilazane (HMDS) for microbial cell attachment studies on sub-bituminous coal. Journal of Microbiological Methods. 90, 96-99 (2012).
  52. Laforsch, C., Tollrian, R. A new preparation technique of daphnids for Scanning Electron Microscopy using hexamethyldisilazane. Arch Hydrobiology. 149 (4), 587-596 (2000).

Nachdrucke und Genehmigungen

Genehmigung beantragen, um den Text oder die Abbildungen dieses JoVE-Artikels zu verwenden

Genehmigung beantragen

Weitere Artikel entdecken

UmweltwissenschaftenAusgabe 150SEMbemalte Schildkr teEierschalePilzeSchalenmembranKieferprominenzUnterkieferPanzerGliederknospenHyphenPilzsporen

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Datenschutz

Nutzungsbedingungen

Richtlinien

Kontakt

BIBLIOTHEKS-EMPFEHLUNG

JoVE-Newsletter

Forschung

Lehre

Autoren

Bibliothekare

ÜBER JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Alle Rechte vorbehalten