なぜUltim Extreme検出器は生体試料に最適なのでしょうか？

生体試料に対してエネルギー分散型X線分光法（EDS）を行う場合、様々な課題があります。すべての生体電子顕微鏡検査と同様に、試料の前処理はEDS分析の成功の鍵であり、常に考慮する必要があります。（例えば SEMによる生体試料の前処理）　しかし、試料調製の後、最も多く聞かれるのが「どの検出器を検討すべきか」という質問です。市場には多種多様なEDS検出器があり、この技術に不慣れな研究者にとって、どれが自分の試料に最適なのかを知ることは困難なことです。

TEMとSEMのどちらをお使いですか？いくつかの要件は似ていますが、この2種類の顕微鏡で使用される検出器は異なっています。弊社では、生体試料の高速マッピングと定量分析を可能にするTEM EDS検出器を取り揃えています。詳細は弊社ウェブサイトにてご覧いただけます。

生体試料用EDS

ここでは、生物学的なSEMに焦点を当てたいと思います。私のキャリアの大部分は、SEMの研究に費してきました。昆虫や生物全体、大きな組織サンプルの観察から、生体分子の高解像度超微細構造イメージング、さらに最近では細胞や小器官の3次元体積電子顕微鏡観察まで、幅広く対応しています。 SEMはライフサイエンス研究に大きな汎用性をもたらします。しかし生物学的SEMには、EDSを困難にしている重要な側面があります。

図: 樹脂に埋め込んだハエトリグサの葉と腺からUltim Extreme検出器とUltim Max 170で取得したマップとスペクトルの比較です。Ultim Extremeのマップでは信号が改善され、特に窒素を表す黄色の信号に注目します。Ultim Max 170（赤）と比較して、Ultim Extremeスペクトル（黄）はより明確な窒素のピーク（青い矢印）が見られます。

従来のSEM-EDSは、試料から強いX線を発生させるために、比較的高い加速電圧（20～30kV）と高いビーム電流を使用しています。生物学用SEMは、試料へのダメージ防止、帯電の可能性低減、画像分解能の向上のため、低い加速電圧とビーム電流を使用しています。

もう一つ、生体試料はほとんどが軽元素（水素、炭素、窒素、酸素、ナトリウム、マグネシウム、リン、硫黄、塩素、カリウム、カルシウム）と、微量に含まれることの多い重元素（クロム、マンガン、鉄、コバルト、銅、亜鉛）から構成されているという点です。これは試料から放出されるX線が比較的低エネルギーであることを意味します。低エネルギーのX線は、ほとんどのEDS検出器が持つウインドウで吸収され、検出できるX線信号の量が減少してしまいます。

生体試料に対する感度の向上

UltimExtreme検出器は、ウインドウがなく、先端部を改良したデザインで、いくつかの利点を備えています。

この検出器は、ウインドウに吸収されるような非常に低いエネルギーのX線に対して感度があります。特に窒素の信号は影響を受けることがあります。
先端部を改良したことで、検出器を顕微鏡のポールピースに近づけることができました。これには2つの利点があります。
- 検出器が試料に近いので、試料から放出されるX線をより多く収集することができます。
- 試料の位置を最適化することで、顕微鏡のポールピースに近づき、電子線像の解像度を向上させることができます。
Ultim Extremeは大面積センサーを搭載し、マップ収集のスピードが向上しました。生体試料への蓄積ビーム照射量を低減することで、ドリフトや帯電アーティファクトを低減し、試料へのダメージを低減します。
高感度なエレクトロニクスにより、生体試料から放出される比較的低い量のX線も検出し、マッピングし、定量化することができます。
以上のことから、UltimExtreme検出器は、低エネルギーX線に対して、他の大面積検出器の10～30倍の感度を持つことになります。