Разработка электронно-микроскопического метода анализа органсодержащих объектов с использованием инверсных опалов

Целью данного исследования является апробация возможности применения неорганических макропористых структур инверсного опала при пробоподготовке для сканирующей электронной микроскопии биообъектов.

Изготовленные золь-гель способом инверсные опалы на основе кремнезёма применялись в качестве впитывающей подложки для изучения биологических образцов. Изготовление инверсного опала представляет собой сложный многоступенчатый технологический процесс. Сначала методом безэмульгаторной эмульсионной полимеризации метилметакрилата в водной среде в присутствии диазоинициатора были синтезированы субмикронные сферические частицы из полиметилметакрилата. Таким способом можно получать ансамбль частиц с высокой монодисперсностью, средний размер которых может варьироваться в диапазоне от 100 до 500 нм. Затем методом самосборки субмикросферы полиметилметакрилата осаждались в упорядоченные матрицы (шаблоны) преимущественно с гранецентрированной кубической решёткой. Полученные мезопористые структуры, называемые искусственными опалами или коллоидными кристаллами, имели размеры порядка 10 ×10 × 2 мм. Затем опалы подвергались термической обработке до 120 °С для упрочнения шаблона перед пропиткой прекурсором. Далее опалы пропитывались золем кремнезёма с размером частиц от 1 до 5 нм, полученным путём гидролиза тетраэтоксисилана в присутствии соляной кислоты и затем, после отверждения и сушки пропитывающего состава на воздухе при комнатной температуре, подвергались многоступенчатому обжигу до 550 °С при нормальном давлении в воздушной атмосфере для удаления всех органических компонентов. В результате получались образцы макропористых метаматериалов (так называемые, инверсные или инвертированные опалы) с открытой системой пор размером до 400 нм, занимающих около 80 % объёма.

В сканирующих электронных микроскопах TM4000 Plus, SU3500 и S-5500 с использованием макропористых структур были исследованы молочнокислые бактерии и красные кровяные тельца. Для улучшения визуализации использовались системы напыления металлов для покрытия поверхности инверсного опала тонкой плёнкой платины. Вспомогательным веществом в пробоподготовке выступала ионная жидкость VetexQ EM (Interlab LLC). Показано, что инверсный опал можно использовать как впитывающую подложку для пробоподготовки и экспресс-анализа в сканирующей электронной микроскопии без предварительной сушки, химической обработки или температурного воздействия биообъектов. Использование ионной жидкости в сочетании с впитывающей пористой средой позволяет сохранить первоначальную форму биологических структур. Показана возможность изучения морфологических особенностей биоструктур на примере эритроцитов человека и молочнокислых бактерий. Экспериментально установлено, что впитывающую подложку на основе инверсного опала можно использовать многократно при исследовании биологических объектов. Следовые остатки предыдущих проб, оставшиеся после отжига пластины, не вносят существенных искажений при проведении новых серий наблюдений. В нашем исследовании были получены высококачественные электронные микрофотографии биообъектов с высоким разрешением и контрастом. При этом за счёт использования инверсных опалов в качестве впитывающей подложки обеспечивается сокращение временных и финансовых затрат на исследования.