【摘要】 TEM 与 X-EDS (TEM/X-EDS) 相结合，将结构（形态和尺寸）分析与使用尺寸约为 10 微米的 X-EDS 探针检测选定亚细胞颗粒中的 Ca、P、K、Mg、Fe 和 Zn 相结合。

化学生物成像通过微量元素在细胞甚至亚细胞水平的定位，为微量元素的生化功能、生物吸附和生物累积过程的研究做出了重要贡献[1-3]。描述了高对比度透射电子显微镜 (HC-TEM)、能量色散 X 射线光谱 (X-EDS) 和纳米二次离子质谱 (NanoSIMS) 的组合应用，应用于模式生物——单细胞绿藻衣藻莱茵哈蒂。 HC-TEM 提供 1 nm 的横向分辨率，用于对直径为 5-10 微米 的藻类细胞的超微结构进行成像。 TEM 与 X-EDS (TEM/X-EDS) 相结合，将结构（形态和尺寸）分析与使用尺寸约为 10 微米的 X-EDS 探针检测选定亚细胞颗粒中的 Ca、P、K、Mg、Fe 和 Zn 相结合。然而，仪器的灵敏度已达到微量元素检测的极限。 NanoSIMS 允许以亚细胞分辨率对常量元素和微量元素进行化学成像（元素图谱）。在蛋白核、收缩空泡和颗粒中检测到基础水平的 Ca、Mg 和 P 以及微量元素 Fe、Cu 和 Zn。一些金属甚至定位在约 200 nm 大小的小囊泡中。通过在 NanoSIMS 上应用最近开发的 RF 等离子体氧一次离子源，痕量金属的敏感亚细胞定位成为可能，该离子源在横向分辨率（低于 50 nm）、灵敏度和稳定性方面显示出良好的改进。此外，结合 TEM 和 NanoSIMS 的优点，开发了相关单细胞成像。先进的样品制备方案为同一细胞的并行 TEM 和 NanoSIMS 分析提供了相邻的超薄切片机切片。因此，莱茵衣藻细胞超微结构可能与不同细胞器（如液泡和叶绿体）中金属的空间分布直接相关。化学生物成像的补充技术已成功应用于亚细胞水平的元素定位。然而，TEM/X-EDS 已达到痕量元素的检测极限。此外，纳米二次离子质谱可以对亚细胞水平的常量元素和微量元素进行灵敏且高分辨率的化学成像。通过 HC-TEM 和 NanoSIMS 结合两种技术的优点对单细胞进行相关成像，获得了最佳结果。基于冷冻固定和冷冻替代，开发了一种先进的样品制备方案，以限制金属重新分布，并准备相邻的超薄切片机切片以用于同一细胞的并行 HC-TEM 和 NanoSIMS 分析。例如，莱茵衣藻细胞的超微结构可能与细胞中基础水平存在的常量元素和微量元素的空间分布直接相关。因此，金属可以定位在不同的细胞器中，例如收缩液泡、液泡颗粒、酸钙体和叶绿体。相关 HC-TEM 和 NanoSIMS 分析显示微量元素亚细胞成像在医学和生物学中的许多未来应用潜力。

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