扫描电镜在生物医疗中的应用

01  生物植入体的清洁度检测

人工种植牙是利用生物材料制成的仿生牙，是一种典型的生物植入体。这种植入体一般要求具有生物相容性、无毒无副作用、无刺激性等。除此之外，用于人体口腔植入物的材料一般采用无菌包装，要求表面清洁无异物，因为任何微小的异物都可能伤害到病人的身体。但是在实际的口腔种植体表面可能存在不同的有机或无机的杂质，这些杂质可能来源于生产、处理或者包装过程。目前关于这些植入体表面杂质的临床风险仍然有相关报道。但是，这些污染在技术层面是可以避免的。

下述案例所示为市面上购买的另一款口腔植入体，利用飞纳台式扫描电镜的 BSE 信号的成分衬度，通过 BSE-Image Mapping 获取的全景图片可以观察在植入体的顶端和肩部均存在一些杂质，并且通过高分辨的放大图片和 EDS 成分分析，可以进一步的确认这些杂质为尺寸 10~50 μm 的 C、O 有机颗粒。[1]

市面购买的牙齿植入物表面清洁度检测

02  医疗器械相容性研究

体外血流模拟血液相容性测试是冠状动脉支架性能表征的一环，血流模型能够产生类似于真实生理状况的动脉血液流动和壁剪应力，以评估血液与接触医疗器械的相容性。利用扫描电镜（SEM）通过可视化分析，可以直观地表征支架的相容性和生理特性。如下述案例所示，A、B、C、D 分别为不同材料制得的心脏支架进行体外血流模拟实验后的 SEM 图片，可以直观发现，实验后 A、B 材料表面仍然光滑清洁，而 B、C 材料表面有明显的血栓形成。

不同材质心脏支架体外血液模拟实验后 SEM 图

03  3D 打印骨骼的结构观察

3D 打印颗粒自动粒径统计

04  血液疾病研究

在血液疾病研究方面，为更好的观察到细胞、蛋白的行为，科研人员也越来越多的用到扫描电镜 （SEM）来进行分析。血栓引发的各类疾病已经在现代社会中产生大量的致死案例，如下述案例所示为血栓的扫描电镜 （SEM）观察。斑马鱼的止血系统与人类极为相似，被广泛用于人类止血模型、血栓形成模型的研究，案例中图 (A) 为斑马鱼血栓凝块，图 (B)、(C) 分别为不添加任何组织因子 (TF) 的人类血栓凝块和添加高浓度组织因子的人类血栓凝块。通过扫描电镜 （SEM）图可以发现，添加高浓度 TF 的人血纤维蛋白网络与从斑马鱼血中获得的网络结构极其相似，在鱼血中观察到更薄的蛋白纤维结构。红细胞和较小的细胞（可能为血小板）被困在斑马鱼血凝块纤维蛋白网络中，表明它们可能参与了凝固过程。[2]

(A)斑马鱼血凝块；添加(B)和未添加(C)TF 的人血凝块

(A~D)不同 α-FXIIa 和 tPA 添加量下血凝块的 SEM 图

上述案例为活化凝血因子 XII(α-FXIIa) 和组织纤溶酶原激活物 (tPA) 对血栓形成和纤维蛋白溶解影响实验的验证，图 (A) ~ 图 (D) 为不同 α-FXIIa 和 tPA 添加量下血凝块的 SEM 图，可以发现在缺少 tPA 的条件下，即使有血纤维蛋白溶酶存在，α-FXIIa 的加入也会增加蛋白纤维的密度;而在血栓形成过程中加入 tPA 引发纤维蛋白溶解的条件下，加入 α-FXIIa 会使蛋白纤维变得更加多孔。