扫描电镜技术在动物毛发微观结构研究上的应用

扫描电镜技术在动物毛发微观结构研究上的应用 
摘要：用6种不同的扫描电镜样品制备方法对动物毛发表面及横断面的超微结构进行观察比 较．结果表明：正常、清洁的动物毛发采用常规方法即可得到真实、清晰的超微结构，而脏发和 受损毛发，必须进行适当的清洗处理，有效除去覆盖物，真实结构才能完全显示出来．6种方法 中用洗涤剂先清洗、无水丙酮浸泡4 h，结合超声波清洗的方法清洗毛发样品效果最好．频闪仪| 测高仪| 测距仪| 金属探测器| 试验机| 扭力计| 流速仪| 粗糙度仪| 流量计| 平衡仪|  

 现在已有大量文献讨论把毛发用于法庭科学， 诊断疾病以及评定营养状况¨ ．毛发是哺乳动物 皮肤表皮部角质层的衍生物，也是哺乳动物的三大 特征之一，所有动物的毛发都有其基本的形态和结 构，而不同的动物在毛发形态上(如长短、粗细以及 色泽等)又表现出差异 J．毛发形态的差异必定与 其微观结构有着紧密的联系，毛发的微观结构主要 取决于先天遗传，典有物种的特异性，因此，毛发微 观结构也是人们多年来研究的重点 J．人类对毛发 微观结构的认识可以追溯到17世纪，但直到1837 年，Brewster首次应用光学显微镜发现毛发表面的 特异性结构，才标志着毛发微观结构研究的开 始 J，之后，有关毛发结构研究的报道大量涌现 J，
20世纪50年代中期以后，毛发微观结构研究开始 扩展到纺织行业、食性分析 和法医科学 ． 80年代，随着电子显微镜在毛发微观结构研究中的 广泛应用，毛发的微观结构研究有了进一步的完善 与发展 J，电子显微镜下，毛发结构的图像更加清 晰、精确，并且立体感强，分辨率高，可以从不同的角 度进行观察．但由于毛发存在有角原蛋白构成的致 密的皮质层⋯ ，而且容易附着皮脂腺分泌物、吸附 灰尘等，电镜的分辨率又很高，采用传统方法难以 获得较好的效果．目前，毛发的电镜样品制备在国 内外未见系统报道．本文采取几种不同的扫描电镜 制样方法对动物毛发的外部形态和横断面特征进 行观察比较，以期为毛发的超微结构研究提供最佳 的制样方法．

1 材料与方法
1．1 试验材料 正常和受损小白鼠毛发由南京医科大学提供．
1．2 试验仪器 GG1 12一HU超声波清洗机，EMITECH K850 临界点干燥仪，HITAcH E一1010喷金仪，菲利浦 SEM一505扫描电镜．
1．3 试验设计 将正常毛发和受损毛发分别用锋利刀片切成适 当长度的小段，采用以下6种不同方法制备样品． 方法I 将毛发粘台、喷金，扫描电镜观察表 面和横断面． 方法Ⅱ 无水丙酮浸泡毛发样品4 h，取出粘 台、喷金，扫描电镜观察表面和横断面． 方法Ⅲ 无水丙酮浸泡毛发样品4 h，其间超 声波清洗两次，取出粘台、喷金，扫描电镜观察表 面和横断面． 方法Ⅳ 洗涤剂清洗毛发样品之后，无水丙 酮浸泡4 h，其间超声波清洗两次，取出粘台、喷 金，扫描电镜观察表面和横断面． 方法V 毛发用洗涤剂清洗之后，无水丙酮 浸泡4 h，其间超声波清洗两次，3％ 戊二醛固定2 h，乙醇梯度脱水，临界点干燥，取出粘台、喷金，扫 描电镜观察表面和横断面． 方法Ⅵ 毛发用无水丙酮浸泡6 h，其间超声 波清洗3次，取出粘台、喷金，扫描电镜观察表面 和横断面．2 结果与分析 毛发微观结构一般由毛鳞片层、毛皮质层和 毛髓质层构成(少数除外)．毛鳞片层很薄，位于毛 发的最外面，毛皮质层是由退化的死细胞致密排 列而成，呈无结构的均质状，毛髓质层是由气腔和 气腔壁构成．
(1)正常组毛发表面整洁、无附着物，直接粘 台、喷金，扫描电镜观察到圆柱状毛杆上覆盖着一 薄层毛小皮，呈叠瓦状排列，形似鳞片，层次清晰整 齐；断面毛皮质层和毛髓质层结构清晰，无覆盖物， 见图1—1，2．而对于有些脏发特别是受损毛发，表 面不整洁，易附着皮脂腺分泌物以及糜烂物等污 物，方法I虽然简单易行，但其真实的结构被附着物 掩盖，图1—3，4中，毛发表面和断面都有大量的覆 盖物，鳞片层难以看见，断面结构模糊，因此，这类毛 发需要先清洗以除去污物．由于本试验中正常的毛 发比较干净，进行常规制备即可观察到真实结构， 而受损毛发表面覆盖物较多，因此方法Ⅱ至Ⅵ 主 要对受损毛发的超微结构进行观察、比较．
(2)方法Ⅱ 使用丙酮浸泡4 h，但收效甚 微，见图1—5，6，覆盖层依然清晰可见，图6中的 横断面上有一些碎屑状物存在．
(3)方法Ⅲ 在丙酮浸泡期间，借助超声波 清洗，取得了一定成效，有些毛段能清洗干净，有 些毛段还可见污物存在，图1—7所取的一段毛发 上可见受损毛发的鳞片层出现紊乱排列，甚至重 叠翘起，图1—8的断面结构能看出毛皮质层和毛 髓质层，但看不到图1—2中的孑L腔结构．
(4)方法Ⅳ 先用洗涤剂洗去部分污物，再结 合丙酮和超声波清洗，去污效果相当好，发现图1— 9中的受损毛发，毛鳞片排列紊乱不规整，有的鳞片 稍翘起，有的断裂或有缺口，多分布在游离端，较少 波及基部，有些区域毛小皮排列疏松，个别鳞片状 小皮皱缩．断面平整、清晰，毛皮质层和毛髓质层结 构分明，无覆盖物，孑L腔清晰可见，见图1—10．
(5)方法V 在方法Ⅳ 的基础上，对毛发进 行了固定、脱水和临界点干燥，结果发现与方法Ⅳ 没有显著区别．
(6)方法Ⅵ 中丙酮浸泡时间过长，毛发表面 出现大量突起、凹陷以及鳞片脱落，局部膨大，说 明毛发结构受到影响和腐蚀，见图l—ll，l2．

3 结论与讨论
3．1 毛发样品的清洗处理 本试验中，正常组毛发比较干净、无附着物， 常规制备方法即方法I可得到真实、清晰的结构． 由此可见，干净的毛发进行常规制备即可．而受损 组毛发有较多覆盖物，掩盖了毛发的结构． 脏发特别是受损毛发的前期清洗处理至关重 要，否则难以见到庐山真面目．因其表面附着有皮 脂腺分泌物、灰尘等污物，遮盖了毛发的真实结 构，普通的水洗难以除去，所以，必须采用既有效 又不损伤毛发结构的清洗方法，才能观察到毛发 的真实结构，为疾病诊断，法医鉴定，分类等提供 科学的依据．本试验中的方法V，洗涤剂清洗毛发 之后，适当时间的丙酮浸泡，结合超声波清洗，效 果很好，适用于较脏毛发的扫描电镜样品的制备． 但丙酮浸泡时问不宜过长，否则会破坏毛发本身 的结构，如方法Ⅵ的结果．
3．2 毛发样品横断面的切取 由于毛发的基本成分主要是角质蛋白，角质 蛋白由氨基酸组成．氨基酸提供了毛发生长所需 的营养成分．各种原纤维通过螺旋式、弹簧式的结 构相互缠绕交联，形成角质蛋白的强度和柔韧度， 故而毛发具有一定的刚韧性．针对毛发这种特性， 必须要使用锋利刀片，动作稳而准，用力要均匀， 才能切出较平整的断面，否则会因参差不齐而掩 盖真实的断面结构．
3．3 毛发样品的导电处理 毛发样品本身不导电，需要在扫描电镜观察 之前进行导电处理．合适的导电处理能够提高扫 描电镜分析中的图像质量，最大限度地避免样品 的失真和变形等问题¨ ．导电膜应该是均匀和连 续的，膜太厚，会因蒸发时问长而使试样受热损 伤，用扫描电镜观察时，容易产生龟裂以及掩盖试 样表面细节；膜太薄，试样表面各个部分膜厚显著 不均，扫描电镜观察时，常会产生局部荷电¨引．一般采用离子溅射技术对样品表面镀膜效果较好． 离子溅射法可以实现对样品不需作任何旋转而在 样品各个面上形成平坦连续的覆盖层，这是因为 被溅射出来的靶原子在相对较高的气压环境中， 其所形成的覆盖层颗粒细小而均匀，能产生高分 辨率的电镜图像，另外溅射覆盖层的厚度相对于 真空喷涂来说也容易控制．因此，采用离子溅射法 对样品实施镀膜，产生的电镜图像细腻、清晰度高．对于毛发，因其质地相对较硬，结构细微，金离 子溅射的厚度宜薄，但要均匀、连续，否则会掩盖 一些细节，影响到结果分析．