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NanoAnalysis | Blog
それは何?どこにあるの?どのくらい?バイオマテリアル研究のためのEDSの使用

2nd December 2020 | Author: Dr Louise Hughes

それは何?どこにあるの?どのくらい?これらの質問はすべて、生体材料やその組織や細胞との相互作用を研究する際に、EDSを使用することで簡単に答えることができます。

それは何?

EDSの主な仕事の1つには、未知の特徴、例えば患者サンプルに含まれる外来物質の組成の同定が含まれることがよくあります。その興味深い例を、次回のウェビナー “Biomedical research using energy dispersive x-ray spectroscopy” でご紹介します。 それは患者サンプル中の物質の同定が臨床研究や患者の治療に重要な役割を果たす分野を網羅しています。 また 以前のブログ でインプラント不良後に患者組織から見つかったインプラント由来の摩耗粒子を使用した例を説明しています。これらの粒子の種類を特定することは、患者にとって最良の結果を得るために重要であるだけでなく、曝露の背後にあるメカニズムを理解し、将来的にどのように対処することができるかを理解するためにも重要です。

データの正しい解釈を確実にするためには、物質の同定も重要です。以下に示す例では、コバルトナノ粒子をマクロファージに供給し、取り込みおよび潜在的な細胞毒性を分析しました(図1)。

後方散乱画像では、その密度のために我々が興味を持っている材料であると仮定することができる高密度の粒子のクラスタを明確に見ることができます。 しかし、EDS分析は、これらのいくつかは、細胞培養技術に由来する可能性が高い材料で構成されており、すべてのコバルトナノ粒子クラスター(図1)ではないことを示しています。材料を正しく特徴づけることができるかどうかが重要です。また、BSE信号では、細胞内のより深いところからのナノ粒子は検出されませんでしたが、EDSを用いて検出されました。  

図 1. コバルトナノ粒子を与えたマクロファージ細胞の後方散乱電子データを示す画像。 左の画像は、コバルト(緑色)のEDSマップを重ね合わせたものです。右の画像は、コバルト(緑色と緑の矢印)と、シリコン(水色)、カリウム(紺色)、マグネシウム(紫色)、ナトリウム(中青色)(白い矢印)からの信号と、炭素(赤色)と窒素(黄色)の信号を背景にした複合信号を重ねたEDSマップを示しています。 コバルトは、画像で見ることができるように、後方散乱コントラストを提供しますが、他の材料も同様の信号を提供する可能性があり、コバルトの信号を正しく識別するためにEDSが必要でした。 サンプル提供: Rachel Vowden and Zhidao Xia (Swansea University).    

どこにある?

多くの電子顕微鏡研究の課題は、特定の染色、ラベル、超微細構造解析、CLEMなどの応用により、関心のある粒子の局在化を中心に展開しています。EDSは、元素組成に基づいたカラー電子顕微鏡を作成するためのイメージングツールとして適用され、これらのオプションの代替手段を提供しています。

TEMや共焦点顕微鏡には適していないハイドロキシアパタイト試料の生分解を調べるためにEDSを使用しました。染色を適用しただけでは、細胞と生体材料の間の境界を明確に識別するのに十分なコントラストを提供することができませんでした。EDSは、画像データの正しい解釈を可能にする情報を提供し、電子線画像情報を補完し、強化する要素コントラストを提供しました(図2)。

図. 2. 画像は、EDSレイヤーマップ(左)と後方散乱電子画像(右)を示し、細胞が生分解性ハイドロキシアパタイトインプラントと相互作用している様子を示しています。上の画像には、はっきりとした星細胞(黄色の矢印)が写っていますが、この一度だけの細胞は別として、他の場所では細胞と生体材料の違いを識別することが困難であることがわかりました。EDSは、細胞と周囲の材料の間に明確なコントラストを与えるだけでなく、インプラントの小片が割れて細胞に囲まれている(白い矢印)などの特徴を容易に識別することができ、分解プロセスに関する貴重な情報を提供してくれます。 サンプル提供:Zhidao Xia (Swansea University).

どのくらい?

EDSは、材料の局在化だけでなく、製造や故障解析のどの段階でも、生体材料の組成を特性化して測定するための迅速な方法を提供します。 その利点は、超微細構造解析と材料組成の決定を組み合わせることができ、迅速、簡単、かつ非破壊的な(材料の)技術で生産性を最大化できることです。定量分析の詳細については、Simon Burgessによる一連のブログをご覧ください。 (What is standardless quantitative analysis)  (Be confident in your EDS results and maximise your productivity).

製薬業界での一般的なアプリケーションに焦点を当てた “Operating SEM-EDS in a regulated environment” についてのオンデマンド・ウェビナーにもご興味があるかもしれません。

 

Ask me a question Louise Hughes

Dr Louise Hughes
Life Science Product Manager

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