JP2526412B2 - 連続断面像を得るための顕微鏡用生体試料の作成方法 - Google Patents

連続断面像を得るための顕微鏡用生体試料の作成方法

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JP2526412B2 JP6087986A JP8798694A JP2526412B2 JP 2526412 B2 JP2526412 B2 JP 2526412B2 JP 6087986 A JP6087986 A JP 6087986A JP 8798694 A JP8798694 A JP 8798694A JP 2526412 B2 JP2526412 B2 JP 2526412B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、顕微鏡用生体試料の
作成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】生体試料の1〜3次元構造を知るための
一つの方法は顕微鏡用生体試料を特定の中心軸に直角な
仮想の断面で輪切りにした断面の顕微鏡像を得て、その
ような顕微鏡像を中心軸方向に順次多数作成し、これを
計算機等を利用して中心方向に並べ連続断面像を得て、
生体の1〜3次元構造の情報を得ることがある。
【0003】生体試料の1〜3次元構造の情報を得るた
めの顕微鏡用生体試料の従来の作成方法としては、 1)生体組織をそのままの状態で、或いは、これに薬品
や(通常)プラズマ法やイオンビーム等によりエッチン
グして、光学顕微鏡や走査電子顕微鏡で表面観察する方
法。 2)生体組織を樹脂等に包埋し薄片を作成してから、薬
品やイオンビームや(通常)プラズマ法等によりエッチ
ングして、走査および透過電子顕微鏡や光学顕微鏡で表
面観察する方法(Thomas R.S., “Ultrastructural loc
alization of mineral matter in bacterial spores by
microincineration", J. Cell Biol. 23(1964) 113. )
(Erlandsen ., Thomas A. and Wendelshafer G., “A s
imple technique for correlating SEM with TEM on bi
ological tissue originally embedded in epoxy resin
for TEM", Scanning Electron Microscopy, III(1973)
349.)(佐々木宏、岸田晴雄、“イオンエッチングに
よる樹脂包埋厚切片のSEM 観察”、医生物走査 電顕、
18 (1989) 43. )。 3)樹脂等を包埋し機械研磨して(通常)プラズマ法に
よりエッチングしてからレプリカをとって、走査および
透過電子顕微鏡で観察する方法(Faberge A.C.,“III.
Development of a replica process for the electron
microscopy of biological material", Studies in Gen
etics, IV, Research Report, Univ. ofTexas (1968) 2
1. )。 4)生体組織をそのままの状態で、あるいは、凍結乾燥
させてレプリカをとってから、または、割断してからレ
プリカをとって光学顕微鏡や走査および透過電子顕微鏡
で表面観察する方法(Tanaka K. and Lino A., “Frose
n resin crackingmethod for scanning electron micro
scopy and its application to cytology", Proc 30th
Annual Meeting Electron Microscopy Society of Amer
ica, C.J.Arceneaux (ed.). Claitor´s Publishing Di
v., USA., (1972) 408. )。 5)生体組織を樹脂等に包埋してからミクロトーム(薄
片切削装置)などでブロック断面として鏡面にして、
(通常)プラズマ法あるいは薬品などによりエッチグし
てから、走査電子顕微鏡観察する方法(Kuzirian A.M.
and Leighton S.B.,“Oxygen plasma etching of entir
e block faces improves the resolution and usefulne
ss of serial scanning electron microscopic image
s", ScanningElectorn Microspocy,IV(1983) 1877. )
がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、1)の方法
は、内部構造がわからない、2)の方法は、薄片を作成
するために、大きな試料を対象とすることができない、
3)の方法は、標本の熱損傷がある、4)の方法は、内
部構造を調べることができない、5)の方法は、(通
常)プラズマ使用による熱損傷、薬品による損傷と変形
が大きい、等の問題がある。
【0005】以上の問題をまとめると、従来の方法は、
1)薄片から或いはレプリカをとってから透過電子顕微
鏡で観察する場合、像の連続性を保持するのに問題があ
って、大きな断面を観察することができない、2)生体
試料をそのまま、あるいは(凍結)割断等によって表面
を観察する場合、内部構造との関連で問題がある、ま
た、3)(通常)プラズマ法によるエッチングは、標本
の熱損傷が大きい。
【0006】この発明は上記の如き事情に鑑みてなされ
たものであって、連続断面像用の多数の観察試料断面を
容易にかつ良好に形成することができ、大きな生体試料
の微細な連続構造を示すことができる連続断面像を得る
ための顕微鏡用試料の作成方法を提供することを目的と
するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的に対応して、こ
の発明の上下、左右または前後(深さ方向)の連続断面
像を得るための顕微鏡用生体試料の作成方法は、生体の
試料あるいは生体から摘出した試料を樹脂に包埋し、包
埋体から前後、上下または左右に隣合う多数の観察試料
断面を順次形成する顕微鏡用試料の作成方法であって、
一つの観察試料断面を形成する毎に包埋体の観察試料断
面形成部位の表面をまず機械研磨して鏡面状にし、次に
鏡面状の観察試料断面形成部位の表面をプラズマ・ビー
ムで照射してエッチングして観察試料断面を形成する二
段階方式(研磨及びエッチング)を特徴としている。
【0008】
【作用】樹脂包埋された生体試料を機械により研磨を行
い鏡状断面を作成する。次に鏡状断面をプラズマ・ビー
ム法によりエッチングを行い生体軟構造の断面を浮き彫
りにする。
【0009】
【実施例】以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面
について説明する。図1に示すように、この発明の顕微
鏡用生体試料の作成方法は、樹脂包埋過程1と機械研磨
過程2とエッチング過程3とを含んでいる。
【0010】樹脂包埋過程は以下の被検体が包埋体6に
移る過程である。樹脂包埋過程1ではラット等の被検体
4の研究の対象部位5である視神経等をOs染色等を施
した後、エポキシ系,アクリル系、スチレン系またはポ
リエステル系樹脂等の樹脂に包埋して包埋体6を形成す
る。この樹脂包埋過程1自体は従来から行われていて公
知のものである。研究の対象部位5は生体あるいは生体
から摘出された試料である。
【0011】次に機械研磨過程2において、包埋体6は
観察試料断面7を機械研磨を行って鏡面状にする。研磨
の深さは0.1μm〜10μmである。機械研磨は従来
から用いられている軟金属(銅、アルミ)用の研磨法等
を利用することができる。
【0012】次に包埋体6はエッチング工程3において
観察試料断面7をプラズマ・ビームで照射してエッチン
グして対象部位を露呈する。エッチングの深さは0.0
1μm〜1μmである。プラズマ・ビーム法はプラズマ
からイオンをビームとして取り出し、別のところに設置
してある包埋体の観察試料断面に照射するカウフマン型
方式で、このようなプラズマ・ビーム法を実施する装置
としては、イオンシャワー装置(商品名、エリオニクス
社製)を使用することができる。プラズマ・ビーム法で
はイオン粒子が標本に衝突したときの熱エネルギーのみ
が発生するから、熱の影響は最小限におさえることがで
きる。
【0013】こうして形成された観察試料断面7は走査
型電子顕微鏡で撮影され、画像は電子計算機8により画
像処理された後、蓄積される。
【0014】試料の連続断面像を得るためには、深さ方
向に連続する次の観察試料断面を形成する必要があるの
で、走査型電子顕微鏡で撮影した後の包埋体6を再び機
械研磨過程2に戻して自動研磨(0.1μm〜10μm
の深さ)をし、次の観察試料面を削り出し、さらに、そ
れをエッチング工程3でエッチングして次の観察試料断
面を形成する。この繰り返しを、連続断面像の必要枚数
が得られるまで行う。
【0015】機械研磨過程2は、1)面だし(grindin
g)、2)精密研磨(fine grinding)、3)琢磨(poli
shing)、4)仕上琢磨(final polishing )の順で行
う。それぞれの条件を表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】エッチング過程3は次の3つの過程を含ん
でいる。 Ar等のガスを、ECR法でプラズマ状態にする。 電圧(−250V圧)をかけてプラズマイオンを導出
して、カウフマン型プラズマビ―ムとする。 プラズマビ―ムを中性化して、試料のエッチングを行
う。
【0018】従来のプラズマ法は、プラズマが発生する
炉内に標本を設置するのでかなりの熱損傷をうけた。し
かし以上のこの発明の方法は、引き出されたプラズマイ
オンの熱衝撃ののみに依存するので、最小限に抑えるこ
とができる。
【0019】エッチング過程の条件を表2に示す。
【0020】
【表2】
【0021】(実験例)以下の条件で、ラット視神経の
標本断面が得られている。 (1)樹脂包埋・熱硬化 透過電子顕微鏡の樹脂包埋作成と基本的には同じであ
る。 ・包埋用樹脂(表3の,,)をスターラー(撹拌
子)でよく混合して、さらに15分後にDMP30(表
3の)を滴下してよく混合する。 ・これを内径25mmφ、深さ20mmdのポリエチレ
ン製の容器に注入してから、X字形が上下(垂直)にな
るように視神経を細線等でささえ、底面に固定する。こ
れは樹脂標本を機械研磨するとき、神経束の断面の「面
だし」を行いやすくするためである。 ・エポン混合液(50%)+プロピレンオキサイド(5
0%)で振盪(しんとう)1晩。 ・熱硬化を恒温槽で45℃:12h→60℃:36hを
行い、容器からとりだす。
【0022】
【表3】
【0023】(2)研磨 軟金属の研磨法と基本的におなじである。研磨長は、試
料回転機に設置されている間は、0.1μm以下のコン
トロールが可能であるが、再研磨すなわち神経標本が再
設置されたときの誤差が不明で、1μm以下が望まし
い。 ・装置は(Struers 社,デンマーク),回転研磨台のう
えに、試料回転機(半自動)が取りつけられている。 ・回転研磨台の回転中心と試料回転機のそれとは45m
m離れており、おなじ方向におなじ回転速度150rp
mでまわる。したがって、試料回転機に取りつけられた
試料面と回転研磨台とのあいだの任意の位置で、直角の
方向でかつ同じ大きさの摩擦力が標本面にかかる。した
がって試料回転機が1回転するあいだにすべての方向の
力を一様に受けることになるので理想的な研磨となる。 ・以上の手順で作成された標本樹脂(1個)とバランス
用樹脂(2個、ダミー)を、試料埋込み板(試料回転機
の一部、160mmφ径、最大6孔)に差しこむ。圧力
100Nがこれらの3つの樹脂面にかかり、
【数1】 とすると6.7g重/mm2 となる。 ・面出し(grinding):エポキシ樹脂は柔らかいので、
(冷却)水を加えながら1000(FEPA粒度)の研磨紙
(耐水、SiC)をもちいて研磨をはじめて、神経断面
を露呈させる(表4を参照)。 ・精密研磨(fine grinding ):2400(FEPA粒
度)→4000Gritへと水を加えながら1分間隔で研磨
紙をとりかえ研磨する。 ・琢磨(polishing ):研磨布(羊毛)にエタノール潤
滑・冷却剤(ルーブリカント青)を使い、ダイヤモンド
・スプレー(DP、粒径3μm)を噴霧して1分間琢磨
する。同様に、研磨布を取りかえて粒径1μmのDP噴
霧によりもう一度琢磨する。 ・仕上げ(final polishing ):研磨布(ベルベット)
にコロイド懸濁液(水+シリカ、粒径0.04μm)を
加え、神経標本を超音波で洗浄したあと1分間の仕上げ
琢磨を行う。
【0024】
【表4】
【0025】(3)カウフマン型プラズマビームエッチ
ング Ar流量:0.5sccm、 加速電圧:0.75k
V、 イオン流量:0.1mA、 照射時間:5分。そ
の結果を図2に示す。図2A:樹脂包埋され機械研磨さ
れた走査電子顕微鏡断面。信号的に凹凸が強調されてい
る。図2B:プラズマビーム法によりエッチングされた
走査電子顕微鏡断面。一つの輪状パターンは一本の神経
を取り巻いている髄鞘である。
【0026】
【発明の効果】この発明の連続断面像を得るための顕微
鏡用生体試料の作成方法によれば、特にエッチング工程
において、プラズマが発生する炉内から引き出されたプ
ラズマイオンの衝撃のみに依存してエッチングが行われ
るので、幅広い鏡面状の良好な生体の断面構造を最小の
熱損傷で得ることができる。さらにこの発明の方式によ
る試料作成とこれによる走査電子顕微鏡連続断面像及び
計算機の三つの技術を組合せることにより、生体の微細
な三次元構造を映像として再構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の連続断面像を得るための顕微鏡用生
体試料の作成方法に含まれる過程を示す説明図。
【図2】観察試料断面の顕微鏡写真。
【符号の説明】
1 樹脂包埋過程 2 機械研磨過程 3 エッチング過程 4 被検体 5 研究の対象部位 6 包埋体 7 観察試料断面 8 電子計算機

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 生体の試料あるいは生体から摘出した試
    料を樹脂に包埋し、前記包埋体から隣合う多数の観察試
    料断面を順次形成する顕微鏡用試料の作成方法であっ
    て、一つの観察試料断面を形成する毎に前記包埋体の観
    察試料断面形成部位の表面を機械研磨して鏡面状にし、
    次に前記鏡面状の前記観察試料断面形成部位の表面をプ
    ラズマ・ビームで照射してエッチングして前記観察試料
    断面を形成することを特徴とする連続断面像を得るため
    の顕微鏡用生体試料の作成方法。
  2. 【請求項2】 前記顕微鏡用試料は走査電子顕微鏡用試
    料である請求項1記載の連続断面像を得るための顕微鏡
    用生体試料の作成方法。
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JP5205564B2 (ja) * 2009-02-18 2013-06-05 国立大学法人佐賀大学 物体の形状計測方法
JP6021577B2 (ja) * 2012-10-18 2016-11-09 三菱重工業株式会社 研磨方法
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