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    扫描电镜的发展及其在医药领域的运用

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    摘要:随着科学研究的不断深入,扫描电子显微镜的应用日益广泛。为了充分发挥其潜在的利用价值,本文从扫描电镜的发展着手,结合电镜原理,综合阐述了其在医药领域的应用。

    关键词:扫描电镜;发展;医药领域;应用

    扫描电镜技术的出现使微观组织形貌变得清晰化、可视化。扫描电子显微镜具有分辨率高,景深好等优点,对不平坦的微观表面也能进行细微、清晰的观察。它已经是现阶段材料研究中不可缺少的设备。扫描电镜的强大功能注定对推动各领域科技的前进起到积极影响,除了对传统工业领域的影响之外,对医药事业的作用同样不容忽略。从生药的质量控制到药物的研究,扫描电镜都必不可少。本文综合阐述了扫描电镜的发展史和工作原理以及其在医药领域的主要应用。

    1扫描电镜的发展

    扫描电镜的发展经历了以下阶段:1935年到1942年是理念提出和研制成功阶段。1942年-1965年是扫描电镜实用化和商品化研发阶段。1965年以后是扫描电镜精细化发展阶段,主要包括提高扫描电镜的分辨率,提高真空度,防干扰等方面的改进。1968年场发射扫描电镜的研发成功大大提高了扫描电镜的分辨率,从原始的钨灯丝电子枪变为场致发射电子枪,降低了电子发射过程中电子能量的损耗。中国发明出自己的扫描电镜是在二十世纪七十年。近几十年扫描电镜的发展主要是复合多种其他技术,赋予扫描电镜更多的功能,例如将能谱仪引入扫描电镜体系,极大的增加了扫描电镜的实用性,在观察试样微观组织结构的同时还能够对试样的微区元素成分进行测定。波谱仪的引入进一步提高了扫描电镜成分分析能力,随后又发展出低真空扫描电镜等众多扫描电镜分支。特别是2002年日本成功研制出了冷场发射高分辨率的S-4800型扫描电镜,能够更加清晰准确的研究纳米材料。

    2扫描电镜工作原理

    电镜技术是几种技术的有机结合。是结合真空技术、计算机控制技术等为一体的微观组织表面观察工具。扫描电镜的成像方式一般为二次电子成像或者背散射电子成像。电镜的工作原理首先是电子枪发射电子,再经二级聚光镜和物镜的进一步缩小成细微电子束,经过扫描线圈驱动对试样表面进行扫描,当电子束和试样表面进行相互作用产生二次电子、X射线等信息,经过探测器的收集后转化为视频信号,经过显像管调制后呈现出我们需要的试样表面微观图像。

    3扫描电镜技术在医药上的应用

    3.1扫描电镜在生药鉴别和质量控制方面的应用

    生药鉴别和质量监控方面扫描电镜是必不可少的分析仪器。常崇艳等利用扫描电镜观察了4种卷柏小孢子的微观结构结构,利用X线片微区分析法对其化学成分进行了分析,得出了小孢子的外观和表面纹饰可以作为物种的区分标准的结论,同时发现四种卷柏的化学成分也有显著的差异。 关于扫描电镜在动物类生药质量控制中的应用也很广泛,主要是根据动物的微观组织形态和动物的皮毛进行生药鉴别和质量鉴别。例如利用扫描电镜观察发现不同种类鹿茸茸毛颜色、髓质形态、毛长等存在显著差异,可以作为区分不同品种鹿茸的重要依据。扫描电镜对矿物类生药的鉴别同样意义重大。很多类似的矿物生药其晶体表面和内部微观结构有显著差异。利用扫描电镜雄黄矿石的化学组成与组织结构关系密切,块状矿石质纯化学成分纯净二硫化二砷含量在90% 以上,角砾状矿石二硫化二砷的含量仅仅在25%~50% 因此分析矿物药杂质成分对用药安全至关重要。 

    3.2扫描电镜技术对纳米药物研发的贡献

    扫描电镜技术对药物的研发的贡献同样不容忽略,电镜的高分辨率使研究纳米药物成为可能。Damge等[1]将胰岛素和聚氰基丙烯酸酯制备成纳米微粒,在强酸环境下利用扫描电镜发现胰岛素和聚氰基丙烯酸酯之间静电吸引作用十分强烈,可以将胰岛素牢牢吸附于表面。通过试验发现这种结合可以有效规避胃蛋白酶、胰蛋白酶对胰岛素的分解作用,为口服胰岛素的研发提供了可能。Zhou 等[2]借助扫描电镜等仪器制备出了对癌细胞具有定向作用的双功能纳米颗粒(荧光效应、磁场效应) 对癌细胞具有靶向性,为癌症的治疗提供了新手段。Schneebaum 等[3]描述了在探测恶性皮肤黑色素瘤的 SLN(前哨淋巴结)活检时 ,借助扫描电镜等仪器修饰制备出了放射性纳米药物用于对黑色素瘤的治疗,效果显著。

    在中国纳米中药的研制也获得了突破性进展。纳米微粒的高活性,多反应点,超强的吸附能力无疑都是药物所需要的,借助电镜技术对纳米药物进行表面处理,到达指定位置后释放药效,则可以作为“生物导弹”定向治疗疾病,减少了药物对身体的毒副作用。采用纳米级脂质体碘油乳剂及聚氰基丙烯酸正丁酯纳米微粒碘油乳剂用于肝癌栓塞化疗, 既能减少用量,降低了化疗对身体的副作用,还能够起到立竿见影的效果,因此电镜技术在医药的研发方面,甚至是前沿医药研发方面都是不可或缺的重要科研仪器。

    4结语

    电镜技术对医药领域影响深远,药物的研发的整个流程电镜都起到了不可替代的作用,从植物性、动物性、矿物性生药的鉴别和质量检测,到药物对疾病的作用机理研究,甚至现阶段最先进的纳米药物的研发都离不开电镜的辅佐,随着电镜技术的持续改进,在未来医药领域势必更加重要,为世界医疗领域做出更大的贡献。

    作者:罗晓晶1,2 单位:1.天津大学山东研究院,2.淄博励赞人力资源服务有限公司高新区分公司

    航空军医杂志责任编辑:张雨    阅读:人次