飞纳电镜 Phenom ProX 应用案例|纳米马达微针体系如何进行 SEM 与 EDS 表征

从微针结构 元素分布到细菌形貌变化的多尺度观察

在一项发表于 Nature Communications 的研究中，研究人员构建了负载 Z@P-M 纳米马达的透明质酸微针阵列，并使用飞纳电镜 Phenom ProX 台式扫描电镜能谱一体机完成微针形貌、尺寸和元素分布表征，同时通过扫描电镜观察处理前后细菌与生物膜的形貌变化。研究中，SEM 与 EDS 分别回答了三个关键问题：微针结构是否完整、纳米马达是否均匀负载，以及处理后细菌结构发生了什么变化。

图 1 相关研究发表于 Nature Communications，DOI 10.1038/s41467-026-68376-6

研究对象与表征任务

纳米马达微针体系如何工作

研究首先构建具有 Janus 结构的 Z@P-M 纳米马达，再将其负载于透明质酸微针阵列中用于经皮递送。ZnO₂ 在酸性生物膜环境中持续释放 H₂O₂，MnO₂ 进一步催化生成氧气，从而缓解感染区域的缺氧状态；聚多巴胺 PDA 在 808 nm 近红外光照射下产生光热效应。

由于材料具有非对称结构，光照会形成温度梯度并驱动纳米颗粒产生热泳运动。原文将这一过程概括为微针递送、纳米马达释放、主动运动与协同作用。与仅依靠被动扩散相比，这项研究重点考察了纳米马达在近红外光驱动下的运动速度和生物膜穿透深度。

图 2 Z@P-M 纳米马达微针的制备与作用过程示意

SEM 如何验证微针阵列结构

在微针递送体系中，阵列排布、单针高度和针尖尺寸会影响微针能否进入皮肤并完成递送。扫描电镜图像显示，该微针阵列排布规则，单针高度约为 637 μm；原文同时给出表皮厚度约为 100 μm，据此判断微针具备刺入皮肤并进行递送的结构条件。针尖直径约为 28 μm，原研究认为这一尺寸兼顾了穿透效率与降低组织损伤风险的需要。

除尺寸测量外，SEM 图像还用于检查微针形貌是否均一、结构是否完整。对这类微针体系而言，结构观察能够为制备重复性和后续实验条件确认提供直观依据。需要说明的是，SEM 在这里提供的是形貌和尺寸证据，微针的具体力学性能仍应结合相应力学测试进行判断。

EDS 如何确认纳米马达在微针中的分布

完成微针结构观察后，研究人员进一步使用 EDS 分析材料组成。结果显示，C、N、O、Zn 与 Mn 等元素在微针中分布均匀。结合 Z@P-M 纳米马达的材料构成，原研究据此判断纳米马达已成功并较均一地负载于透明质酸基体中。

这一步体现了 SEM 与 EDS 联合表征的意义：SEM 回答微针外形和尺寸是否符合设计，EDS 则补充元素组成及其空间分布信息。Phenom ProX 在同一平台完成形貌观察和元素分析，适用于需要把微观结构与材料组成对应起来的研究任务。

图 3 微针 SEM 图像及 C、N、O、Zn、Mn 元素分布结果，单针高度约 637 μm

SEM 如何观察细菌与生物膜的形貌变化

研究还通过体外实验评估纳米马达的运动和生物膜穿透表现。在近红外光驱动下，纳米马达运动速度提高，在生物膜中的穿透深度增加。随后，研究人员使用扫描电镜比较不同处理条件下的细菌形貌。

原文显示，在 Z@P-M 与近红外光共同作用后，细菌出现表面粗糙、结构塌陷和解体等形貌变化，生物膜结构也受到破坏。这些 SEM 结果从形貌层面支持了处理体系对细菌和生物膜产生作用的判断。对于抗菌材料研究，扫描电镜图像可以与运动轨迹、生物膜深度成像及其他实验结果相互印证，但不应仅凭单张形貌图推断全部作用机理。

图 4 不同条件下纳米马达运动 生物膜穿透及细菌形貌结果，图片来自原研究

Phenom ProX 在这项研究中承担了哪些任务

飞纳电镜 Phenom ProX 在该研究中的作用可以归纳为三项：第一，观察微针阵列的整体形貌、单针结构和尺寸；第二，通过 EDS 获取微针中 C、N、O、Zn 与 Mn 的元素分布；第三，比较不同处理条件下细菌与生物膜的微观形貌。

这些任务跨越了微米级微针结构、材料元素分布和细菌尺度形貌观察。研究中扫描电镜与 TEM 等手段互为补充，使结构设计、材料负载和实验效果能够通过不同尺度的证据连接起来。

这项案例对哪些研究有参考意义

该案例对应的研究方向包括生物医用材料、微针递送系统、纳米药物载体、抗菌功能材料和生物膜研究。对于类似课题，扫描电镜与 EDS 可以围绕样品结构、尺寸、表面形貌、元素组成和处理前后变化建立表征链条。具体设备配置、样品制备方式和测试条件仍需根据样品导电性、目标尺度和研究问题确定。

常见问题

纳米马达微针为什么要同时做 SEM 和 EDS

SEM 用于观察微针阵列、单针形貌和细菌结构变化；EDS 用于确认 C、N、O、Zn、Mn 等元素在微针中的分布。两类结果结合后，才能同时说明结构状态和材料负载情况。

这项研究使用了哪款飞纳电镜

原文明确使用飞纳电镜 Phenom ProX 台式扫描电镜能谱一体机。

微针结构获得了哪些关键尺寸

原文给出的单针高度约为 637 μm，针尖直径约为 28 μm；文中用于对照的表皮厚度约为 100 μm。

SEM 图像能否单独证明完整抗菌机理

不能。SEM 可以直观显示细菌表面粗糙、塌陷或解体等形貌变化，但完整机理判断还需要与生物膜穿透、运动速度及其他实验结果结合。

结论

在这项纳米马达微针研究中，飞纳电镜 Phenom ProX 提供了从微针形貌和尺寸、EDS 元素分布到细菌结构变化的连续表征信息。对需要同时关注微观结构与元素组成的研究而言，SEM 与 EDS 联合分析有助于把材料设计、负载状态和处理结果放在同一证据链中理解。

资料来源

研究论文：Near infrared light driven nanomotors based microneedles for the active therapy of bacterial infected acne。Nature Communications。DOI 10.1038/s41467-026-68376-6