一种用透射电子显微镜观察无机高分子材料超微结构的方法

摘要

本发明属高分子材料技术领域，涉及一种用透射电子显微镜观察无机高分子材料超微结构的方法。本方法包括步骤：将高分子材料放入纯乙醇或纯丙酮溶液中，浸透8小时后；再放入乙醇或者丙酮与环氧树脂混合液中2～7天后；置37℃～45℃的烘箱烘烤11～24小时，排除乙醇或者丙酮气体，使高分子材料保存在纯环氧树脂里；加纯环氧树脂至包埋块的需用量，固化24小时。本发明方法能解决长期以来高分子材料包埋后无法或很难获得完整的超薄切片的难题，为高分子材料颗粒内部的物理模型的三维重建起到了积极的作用。本发明方法还用于其它领域的研究，在医疗、航天领域、高分子材料的复合等研究领域应用广泛。

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种用透射电子显微镜观察无机高分子材料超微结构的方法，具体涉及一种用透射电子显微镜对无机高分子颗粒材料的超微结构进行切片的方法。

背景技术

透射电子显微镜通常用于生物和有机物的超微结构的观察，多数的有机生物材料的电镜样品制备已经成熟并广泛运用，而无机高分子材料的电镜样品制备却一直停留在分子外模型的结构观察，无法通过透射电子显微镜观察到高分子材料颗粒内部的超微结构；而随着高分子材料在医学、航天等领域不断地应用发展，对于高分子材料的细微结构及合成的了解，有了更进一步的需求，寻求新的研究方法和操作手段，进而更深层地了解研究高分子材料的细微结构，对于实际应用有着非常积极深远的意义。

目前，通常采用类负染色技术对无机高分子颗粒材料如：SiO₂颗粒，C纳米颗粒、C纳米管、以及其他有机材料颗粒的多蛋白复合体进行电镜观察分析，该技术在对高分子颗粒材料进行电子显微镜的超微结构观察时，所获得的结果只是高分子颗粒材料的外部形态结构或者是颗粒的粒径，无法观察获得颗粒粒径内部的构造。

研究发现，由于无机高分子材料相对密度较大，无须与生物组织材料一样进行固定、脱水等处理，但机高分子材料在纯环氧树脂618包埋液浸透后，由于部分细微结构没有环氧树脂连接支持，在进行超薄切片时易出现部分结构丢失的情况。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷和不足，提供一种观察无机高分子材料超微结构的方法，尤其是用透射电子显微镜观察无机高分子材料超微结构的方法。本方法对常用的透射电子显微镜生物样品制备的方法进行了改良，可利用透射电子显微镜对无机高分子颗粒材料的超微结构观察并进行切片。

本发明提供了一种独立的高分子材料的包埋方法，在液—液—气平衡原理的作用下，高分子材料颗粒或者单管内部在环氧树脂的支持与链接下，形成固定的聚合物相对分子质量，获得狭窄分布的空间图形结构，且可使用常规的透射电子显微镜观察上述的高分子材料颗粒的内部超微结构。

具体而言，本发明的用透射电子显微镜观察无机高分子材料超微结构的方法， 其特征在于，其包括步骤：

⑴将高分子材料放入100%纯乙醇或者100%纯丙酮溶液中，浸透8小时；

⑵将高分子材料放入乙醇或者丙酮与环氧树脂混合液中2～7天；

⑶将高分子材料放到温度为37℃～45℃的烘箱中烘烤，排除乙醇或者丙酮气体，使高分子材料保存在纯环氧树脂里；

⑷加纯环氧树脂至包埋块的需用量，固化24小时。

本发明中，无机高分子材料包括：二氧化硅（SiO₂）、有机玻璃、纳米碳管、碳粉（C纳米颗粒、C纳米管）等。

本发明中，步骤（2）所述的混合液中乙醇或者丙酮与环氧树脂的比例为1:1至1:4；

本发明中，步骤（3）所述的烘烤时间为11～24小时，优选烘烤时间为12小时。

本发明中，所述的丙酮是易燃、易挥发、化学性质较活泼的溶液，在一定的温度条件下以蒸气形态挥发，而聚合型环氧树脂618 (E-51)是相对稳定的溶液；根据液—液—气平衡原理，当丙酮与聚合型环氧树脂618混合的相溶性溶液，随着丙酮的汽化，丙酮与聚合型环氧树脂618的混合液始终处于液—液—气平衡，混合液中的聚合型环氧树脂618浓度逐步提高，直至聚合型环氧树脂618纯化、固化。

使用本发明方法对高分子材料进行包埋、切片处理时，结果显示，将丙酮与聚合型环氧树脂618的混合液渗透到SiO₂颗粒、C纳米颗粒、C纳米管或有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）高分子材料高密度颗粒内部结构中，丙酮与聚合型环氧树脂618混合液中的丙酮汽化挥发后，高分子材料如：SiO₂颗粒、C纳米颗粒、C纳米管等高密度缝隙中的聚合型环氧树脂618浓度也随之第比增高，直至环氧树脂618纯化、固化，致使高分子材料颗粒内部细微结构获得环氧树脂的连接与支撑，进行超薄切片，制得完整高分子材料颗粒内部细微结构切片；本发明的一实施例中，对有机玻璃高分子透明材料（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）进行包埋、切片操作，能获得完整的切片，无须硫化便可进行电镜观察。

本发明的用透射电子显微镜观察无机高分子材料超微结构的方法的优点是：

采用本发明的方法对高分子材料纳米颗粒电子显微镜样品的包埋，解决长期以来高分子材料包埋后无法或很难获得完整的超薄切片的难题，解决对高分子材料更深层次研究方法。经过本方法包埋的高分子材料，在切片过程中，对昂贵的钻石刀刀口的损伤度减少到最小；在进行样品的超薄切片时，获得连续切片，为高分子材料颗粒内部的物理模型的三维重建起到了积极的作用。

本发明的方法有利于建立三维重建模型，而三维重建模型作为医疗上微量元素靶向载体，对于特殊患者的治疗有着无限意义；本发明方法还应用于其它领域的研究，在医疗、航天领域、高分子材料的复合等研究领域应用广泛。

    为了便于理解，下面通过附图和具体实施例对本发明进行详细的描述。需要特别指出的是，具体实施例和附图仅是为了说明，显然本领域的技术人员可以根据本文说明，对本发明进行各种修正或改变，这些修正和改变也将纳入本发明范围之内。

附图说明

图1是碳颗粒滴片结构图，表明采用液滴吸附方法只能获得高分子材料的粒径以及表面形态。

图2是二氧化硅颗粒结构图。

图3是经过包埋切片后获得完整的纳米碳粉的结构图。

图4是纳米碳管的细微结构图。

图5是双层夹膜中的碳管的结构图。

图6是可连续切片装置的外观图。

具体实施例

实施例1 观察二氧化硅颗粒超微结构

制备SiO₂颗粒高分子透明材料颗粒的电子显微镜样品：用玛瑙研体研磨成微米极的粉末，收集少量粉末置37⁰C烘箱烘培去水份，一份E618环氧树脂加2份100%乙醇或者丙酮制成包埋剂混合液；选取上述颗粒材料少量置于包埋模具内，将配制的包埋剂混合液（包埋剂原液小于100%纯丙酮或乙醇）按需要量加入模具内，用细针搅动后进行前期浸透固化，置45℃烘箱12小时，第二天注入加满纯包埋剂，置45℃烘箱继续24小时固化，切片后直接电子显微镜观察，结果显示，本方法能获得很好的SiO₂颗粒高分子透明材料颗粒内部如蜂屋的图象结构（如图2所示）。

实施例2 观察C纳米颗粒、C纳米管超微结构

⑵材料是纳米碳管，则需一份环氧树脂加4份100%丙酮制成包埋剂混合

制备高分子材料C纳米颗粒、C纳米管的电子显微镜包埋样品：对于C纳米颗粒和合成C纳米管的电子显微镜样品包埋，由于碳的瞬间吸附力容易将高分子材料C纳米颗粒、C纳米管的高密度通道堵塞，所以，在对高分子材料C纳米颗粒、C纳米管的包埋前，将经过37⁰C烘箱烘培后的C纳米颗粒或C纳米管置入模具内注入少量100%者丙酮，根据液—液平衡原理，纯100%丙酮则引入1份环氧树脂加4份100%丙酮混合溶液，使之达到平衡，用细针搅动后进行前期浸透纯化、固化；置45℃烘箱12小时，第二天注入加满纯包埋剂，置45℃烘箱继续24小时固化，切片后直接电子显微镜观察，结果显示，能获得很好的高分子材料C纳米颗粒、C纳米管内部的图像结构（如图3所示）。

实施例3 观察有机玻璃高分子透明材料超微结构

本实施例的有机玻璃高分子透明材料的化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，由甲基丙烯酸甲酯聚合而成。采用本发明所述的包埋方法对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)进行样品制备：首先将块状的有机玻璃在锉刀上锉出粉末壮，收集少量粉末置37⁰C烘箱烘培去水份，由于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解于丙酮而不易溶解于乙醇，因此，包埋剂不能用丙酮稀释而只能用100%乙醇稀释，选用一份E618环氧树脂加2~3份100%乙醇按需要量加入模具内，用细针搅动后进行前期浸透、纯化、固化，置45℃烘箱12小时，第二天注入加满纯包埋剂，置45℃烘箱继续24小时固化，切片后用2%锇酸在培养皿中熏染20—30分钟进行电镜观察。

本发明经实验证实，有利于建立三维重建模型，而三维重建模型作为医疗上微量元素靶向载体，对于特殊患者的治疗有着无限意义；本发明还可用于其它领域的研究，在医疗、航天领域、高分子材料的复合等研究领域应用广泛。