이온성 액체를 이용한 주사전자현미경 / 원생생물 관찰

Hideki Ishida, Yukari Gobara, Mayumi Kobayashi, Toshinobu Suzaki

International Journal of New Technology and Research, Dec 2016 43-46p

위 논문 중 일부를 발췌하여 여기 실으며 기초번역본과 논문 원본을 별첨합니다.

I.              서론 (Introduction)

이온성 액체를 이용하여 원생생물(Protists)의 세포 표면을 빠르고 편리하게 관찰하는 방법을 연구하였습니다

이온성 체를 이용하면 시료 건조나 금속 코팅과 같은 복잡한 전처리 과정없이 SEM 관찰이 가능합니다

생물학적 시료 관찰에 특히 유용하며

유공충(foraminifera)이나 꽃가루(화분, pollen)와 같이 단단한 표면 구조를 가진 시료에서 좋은 관찰 결과를 얻을 수 있습니다.

규조류(diatoms) 와 와편모조류(dinoflagellates)에서 좋은 결과를 얻을 수 있습니다.

이온성 액체를 사용하는 장점은 습한 시료를 자연 상태에 가깝게(wet samples close to their natural conditions) 관찰할 수 있으며

물을 함유한 해조류(water-containing seaweeds) 와 유공충(foraminifers)의 생리적 조건에서 시료를 관찰합니다.

주사전자현미경(SEM)용 시료 전처리에는 전고정, 후고정, 탈수, 동결건조, 금속코팅 등의 다양한 전처리 과정이 필요합니다.

이러한 전처리 과정은 세포변형이나 미세구조의 탈락과 같은 표면 구조의 형태학적 변화와 같은 아티팩트(artifacts)를 유발합니다.

이온성 액체를 사용하면 탈수, 건조, 금속코팅 처리 없이도 SEM 관찰이 가능하므로 이러한 처리 과정으로 이티팩트를 배제할 수 있습니다.

더하여 최대의 장점은 전처리의 작업 감소로 인해 빠른 시간에 관찰할 수 있습니다.

본 연구에서는 규조류(diatoms) 와 와편모조류(dinoflagellates) 그리고 섬모충류(ciliated)를 관찰 대상으로 사용하였습니다.

섬모충류는 세포 표면에 많은 수의 매우 미세한 구조를 갖고 있어 전처리 과정에서 손상될 수 있으므로 주의해서 다루어야 합니다.

II.            재료 및 방법 (Materials and Methods)

A.    원생생물 샘플 (Protist samples)

Brakish water lake(기수호,해수만큼은 아니지만 담수보다 염도가 높은 호수)인

일본의 나카우미(Nakaumi)에서 플랑크톤 그물(plankton net)을 이용하여 채집한

규조류와 와편모조류 그리고 섬모충류인 파라메시움 카우다툼(paramecium caudatum)을 실험실에서 배양.

B.    이온성 액체 (Ionic Liquid)

BMI-BF4 (1-butyl-3-methylimidazolium terafluoroborate)를 증류수에 녹여 사용 전 최종농도 2%로 조정하였습니다.

C.    샘플 준비 (Sample preparation)

별첨의 기초번역본과 논문 원본 참조

D.   주사전자현미경 (Scanning electron microscopy)

별첨의 기초번역본과 논문 원본 참조

III.           결과 (Results)

IV.          토론 (Discussion)

이온성 액체를 SEM 관찰에 사용하는 데에는 여러가지 장점이 있습니다.

시료가 건조될 때 변형이 자주 발생하기 때문에 동결 건조 장치나 임계점 건조기를 사용하여 건조 중 변형을 방지하는 것이 일반적입니다.

이러한 과정은 상당한 노력과 시간이 필요하기 때문에 이온성 액체를 사용함으로써 세포의 변형을 어느 정도 방지할 수 있다는 것이 장점 중 하나입니다.

자세한  데이터는  제시하지  않았지만,  적절한  이온성  액체  농도를  선택함으로써  세포 변형을  어느  정도  방지할  수  있음을  확인했습니다.  

또한,  원생동물과  같은  미세한  시료를  관찰할  경우,  탈수와  같은  

작업  중  잦은  유체  교환으로  인해  세포가  소실될  가능성이  더  높습니다  

세포  회수를  위한  원심분리  시간을  연장할  수는  있지만,  그에   따라  세포가  변형되는  단점도  있습니다.  이온성  액체의  장점  중  하나는 작업  절차를  단축할  수  있습니다.  

또  다른  장점은  미세  구조에  전도성을  부여할  수  있다는  것입니다.  

원생동물  표면의  복잡한  돌출부는  금속  코팅을  하더라도  내부로  도달하는  금속이  충분하지  않아  표면  대전을  유발할  수  있습니다.  

이온성  액체로  처리했을  때,  전도성  이온성  액체가  세포  표면에  균일하게  코팅되어  세포  구조를  미세하게  관찰할  수  있었습니다

세포의  종류에  따라  이온성  액체를  이용한  SEM  관찰의  적합성은  달랐습니다.  

규조류는  매우  단단한  껍질로  덮여  있었고  공기  건조  처리에  충분히  강했기  때문에  세포의  형태를  유지하기   위해  이온성  액체가  필요하지  않았습니다.  

그러나  시료  표면에  전도성을  부여하지  않고  저진공   SEM으로  관찰한  경우,  표면의  돌출부가  표면  대전을  유발하는  경향이  있었습니다.  

규조류에  이온성  액체를  적용함으로써  표면  대전이  크게  억제되었고,  동결  건조를  통해  시료에  가까운  이미지를  얻을  수  있었습니다

많은  와편모조류는  단단한  껍질을  가지고  있지만,  일부는  그렇지  않습니다.  

단단한  껍질을  가진   경우  시료  전처리  과정에서  변형이  거의  없지만,  껍질이  없는  경우  이온성  액체를  적용하여  변형을  어느  정도  억제하고  동결건조법에  가까운  좋은  이미지를  얻을  수  있었습니다

와편모조류  중  세포  길이가  20μm  이하인  종은  광학  현미경으로  식별하기  어려워  주사전자현미 경(SEM)으로  관찰해야  하는  경우가  많습니다.  

반면,  현장에서  시료를  채취하여  고정하고,  탈수하고,  동결건조하고,  금속  코팅하는  데는  많은  시간과  노력이  필요하기  때문에,  

많은  수의  시료를  관찰하거나  신속하게  데이터를  확보해야  할  때  이러한  노력이  종종  걸림돌이  됩니다.

하지만  이온성  액체를  사용하면  종  식별에  필요하고  충분한  이미지를  빠르게  얻을  수  있습니다

섬모충류는  규조류나  와편모조류보다  부드러워  변형이  매우  쉽습니다.  

세포를  고정하고  자연  건조하면  세포가  붕괴되어  원래  모양을  유지하지  못하는  경우가  많습니다.  

또한,  세포  표면의  섬모  모양이  제대로  유지되지  않아  종종  떨어져  나가는  경우가  있었습니다.  

이러한  점에서  섬모충류는  이온성  액체를  이용한  관찰에는  적합하지  않다고  여겨졌습니다.  

그러나  본  연구에서   짚신벌레를  관찰  한  결과,  이온성  액체를  사용함으로써  세포의  변형이  어느  정도  억제되고  세포   표면  구조가  견고하게  유지되는  것을  확인했습니다.  

이온성  액체  처리에  의해  섬모가  소실되는   경우가  많지만,  섬모를  떨어뜨려  세포  표면층을  관찰하는  것이  더  적합할  것으로  보입니다

이후의 내용은  별첨의 기초번역본과 논문 원본을 참조하여 주세요.

우리회사에서는 위에 기재된 이온성 액체를 판매 합니다.

상품 명 : 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate   [BMIM][BF4]

상품 번호 : IL-0012-HP

판매 가격 : 15만원 / 5그람  (2.5% 수용액으로 한 방울을 적용하면 400회 이상 사용 가능합니다)

참고 사항 : 대학교의 요청에는 샘플(sample as free)로 5 그람 포장, 한 병을 드리도록 하겠습니다.