APPLICATION DE LA SPECTROSCOPIE DE PERTES D'ÉNERGIE D'ÉLECTRONS À HAUTE TENSION À L'ANALYSE DE MICROPARTICULES DANS DES COUPES DE TISSUS BIOLOGIQUES

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Submitted on 1 Jan 1984

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APPLICATION DE LA SPECTROSCOPIE DE PERTES D’ÉNERGIE D’ÉLECTRONS À HAUTE TENSION À L’ANALYSE DE MICROPARTICULES

DANS DES COUPES DE TISSUS BIOLOGIQUES

J. Berry, P. Galle, Yolande Kihn, G. Zanchi, Jean Sévely, B. Jouffrey

To cite this version:

J. Berry, P. Galle, Yolande Kihn, G. Zanchi, Jean Sévely, et al.. APPLICATION DE LA SPEC-

TROSCOPIE DE PERTES D’ÉNERGIE D’ÉLECTRONS À HAUTE TENSION À L’ANALYSE DE

MICROPARTICULES DANS DES COUPES DE TISSUS BIOLOGIQUES. Journal de Physique Col-

loques, 1984, 45 (C2), pp.C2-581-C2-584. �10.1051/jphyscol:19842133�. �jpa-00223803�

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JOURNAL

DE PHYSIQUE

Colloque C2, supplément au n02, Tome 45, février 1984 page C2-581

APPLICATION DE LA SPECTROSCOPIE DE PERTES D'ÉNERGIE D'ÉLECTRONS A

HAUTE TENSION A L'ANALYSE DE MICROPARTICULES DANS DES COUPES DE TISSUS BIOLOGIQUES

J.P. Berry, P. Galle, Y. ~ihn', G.

**anc chi*,**

J. sevelyi et B. ~ o u f f r e y *

Laboratoire de Biophysique, Université du Va2 de m r n e ,

6

m e du Généra2 garraiz, 94010 c r é t e i z , France

Laboratoire d'optique Ezectronique du

CNRS, 29

rue Jeanne

Maruig, B.P. 4 3 4 7 ,

32055 TouLouse Cedex, France

Résumé

:

La spectroscopie de pertes d'énergie d ' é l e c t r o n s à haute tension e s t appli- quée pour l a caractérisation de microparticules i n t r a c e l l u l a i r e s observées dans l e s coupes de t i s s u s biologiques. Elle permet de montrer-que ces microparticules corres- pondent

à

des dépbts contenant divers éléments

:

i c i de 1 'aluminium, du gallium, du nickel e t de l'uranium.

Abstract

:

High voltage electron energy loss spectroscopy has been used f o r the chemi- cal anarysis of small i n t r a c e l l u l a r p a r t i c l e s observed in thin biological t i s s u e sec- t i o n s . The technique has allowed the characterization of aluminium, gallium, nickel and uranium.

Associée

à

l'observation des micrographies électroniques, l a technique de spectrosco- pie de pertes d'énergie d'électrons e s t maintenant largement u t i l i s é e comme méthode d'analyse chimique

à

l ' é c h e l l e submicrométrique. L'expérience montre que l ' u t i l i s a - tion de hautes tensions accélératrices

( >

300 kV) des électrons primaires permet l'analyse d'échantillons plus épais que ceux qui peuvent ê t r e étudiés aux tensions plus classiques de 100 kV. L'étude de l a v i s i b i l i t é des signaux caractéristiques d ' e x c i t a t i o n de niveaux atomiques profonds exploités pour l ' a n a l y s e met bien en évi- dence c e t avantage ( 1 ) . Elle montre, en p a r t i c u l i e r , que l e contraste de ce signal par rapport au fond continu auquel i l se superpose, varie en raison inverse du para- mètre t / X épaisseur t de l ' é c h a n t i l l o n mesurée en unité de l i b r e parcours moyen

A

du p r o c e s s ~ s de diffusion inélastique principal dans

1

'échantillon.

X

correspond en général au processus de diffusion par plasmons. Il e s t multiplié par un facteur de l ' o r d r e de 3 entre 100 e t 1000 kV ( 2 , 3 ) . I l f a u t s ' a t t e n d r e

à

u n rapport du même or- dre entre les épaisseurs des coupes qui peuvent ê t r e exploitées

à

1000 e t 100 kV.

L'épaisseur des coupes de préparations biologiques qui peuvent ê t r e analysées

à

1000 kV par c e t t e méthode, e s t de l ' o r d r e de 250 nm. Les e f f e t s de diffusions multiples dans l ' ë c h a n t i l l o n font qu'au delà de 500 nm, l e s spectres ne sont plus u t i l i s a b l e s pour 1 'analyse.

Le mode de variation du contraste des d i s t r i b u t i o n s c a r a c t é r i s t i q u e s en fonction de t / ~ permet aussi de conclure

à

une amélioration de l a v i s i b i l i t é des r a i e s pour un même échantillon, obiervé dans des conditions comparables lorsque l a tension accélé- r a t r i c e des électrons primaires augmente. Ainsi l a valeur l i m i t e des pertes d'énergie u t i l i s a b l e s devient plus grande. A 1000 kV, e l l e a t t e i n t 3000 eV.

La technique a é t é u t i l i s é e pour l a détection de divers types d'éléments, de numéros atomiques aussi d i f f é r e n t s que l'aluminium ( Z

=

13) e t l'uranium ( Z

= 9 2 ) ,

dans des coupes de d i f f é r e n t s t i s s u s . Elle a é t é appliquée

à

l a caractérisation de microparti- cules i n t r a c e l l u l a i r e s en général constituées d'amas de f i n s granules dont l a t a i l l e e s t de l ' o r d r e de 10 nm. Les coupes étudiées é t a i e n t d'une épaisseur de l ' o r d r e de 200 nm. La p a r t i e de l ' é c h a n t i l l o n sélectionnée pour l ' a n a l y s e correspondait

à

une a i r e de l ' o b j e t de 100

à

200 nm de diamètre.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19842133

(3)

C2-582 JOURNAL

DE

PHYSIQUE

1

-

DETECTION DE L'ALUMINIUM DANS DES COUPES DE MACROPHAGES ALVEOLAIRES (4)

L ' o b s e r v a t i o n en microscopie é l e c t r o n i q u e c l a s s i q u e de coupes de macrophages alvéo- l a i r e s f a i t a p p a r a t t r e des i n c l u s i o n s i n t r a c e l l u l a i r e s d e n a t u r e lysosomiale de quel-

ques nm de diamètre ( F i g . 1 A ) . Le spectre de p e r t e s d'énergie associé à c e t t e p a r t i e de l ' i m a g e permet de m e t t r e en évidence l a présence d'aluminium p a r l a d i s t r i b u t i o n c a r a c t é r i s t i q u e d ' e x c i t a t i o n du niveau K dont l e s e u i l a p p a r a t t dans l e spectre à 1540 eV ( F i g 1 B). Le spectre montre également que, dans l e s i n c l u s i o n s , l ' a l u m i n i u m e s t associé à du phosphore ( s e u i l K à 2150 eV) e t à de l'oxygène ( s e u i l K à 530 eV).

II

-

MISE EN EVIDENCE DU GALLIUM ( 5 )

La r é p a r t i t i o n du g a l l i u m dans l e s c e l l u l e s rénales a é t é recherchéedans l e s lysosomes de c e l l u l e s t u b u l a i r e s . Cet élément apparaft également sous forme d'amas de f i n s granules (Fig. 2A) e t se c a r a c t é r i s e dans l e spectre p a r l a d i s t r i b u t i o n L23 dont l e s e u i l a p p a r a t t à 1140 eV. Il e s t aussi associé à du phosphore e t à de l'oxygène ( F i g 28).

III

-

CARACTERISATION DU NICKEL (6)

La membrane de c e l l u l e s tumorales en c u l t u r e e s t soulignée par une p r é c i p i t a t i o n dense ( F i g . 3 A ) . L'analyse par p e r t e s d ' é n e r g i e d ' é l e c t r o n s a permis de montrer que c e t t e s t r u c t u r e correspond à une f o r t e c o n c e n t r a t i o n en n i c k e l -mis en évidence par son s e u i l

LZ3

à 810 eV- associé à de l'oxygène, ( F i g . 3 B).

I V

-

CARACTERISATION DE L'URANIUM (7)

Les images de lysosomes de c e l l u l e s t u b u l a i r e s rénales f o n t a p p a r a t t r e des amas de f i n e s a i g u i l l e s (Fig. 4 A). La n a t u r e chimique de ces amas, essentiellement c o n s t i - tués d'uranium, a pu ê t r e confirmée par l e spectre des p e r t e s d'énergie. L'uranium e s t c a r a c t é r i s é p a r deux d i s t r i b u t i o n s

-

l a d i s t r i b u t i o n N45 à 730 eV e t l a d i s t r i - b u t i o n N23 à 1045 eV, ( F i g . 4 B).

V

-

CONCLUSION

Nous avons donc t e n t é de p r é c i s e r grâce à l a spectrométrie des p e r t e s d ' é n e r g i e d ' é l e c - t r o n s u t i l i s é e à haute tension, l a nature des i n c l u s i o n s submicroscopiques i n t r a c e l - l u l a i r e s contenant des éléments minéraux t r è s d i v e r s ( A l , N i , Ga, U ) dans l e s d i f f é - r e n t s t i s s u s de mammifères ( r e i n , poumon, c e l l u l e s tumorales) ayant donné l i e u à des protocolesexpérimentaux t r è s d i f f é r e n t s . Dans tous l e s cas étudiés, l e s éléments mi-

néraux o n t é t é mis en évidence, p a r f o i s associés à d ' a u t r e s éléments confirmant un mécanisme de c o n c e n t r a t i o n e t de p r é c i p i t a t i o n dans l e s i n c l u s i o n s i n t r a c e l l u l a i r e s . La mise en évidence de t r è s nombreux éléments de l a c l a s s i f i c a t i o n p é r i o d i q u e o f f r e donc de nouvelles perspectives dans l ' é t u d e des t i s s u s biologiques. Dans l e cas de c e t t e étude, l e s données f o u r n i e s par c e t t e méthode de microanalyse apportent de

nouvelles connaissances dans l e domaine de l a p a t h o l o g i e c e l l u l a i r e .

REFERENCES

(1) ZANCHI G., KIHN Y., SEVELY J., JOUFFREY B., Proc. 7 t h I n t e r . Conference on High Voltage E l e c t r o n Microscopy, Berkeley (1983) 85.

-

SEVELY J., KIHN Y., ZANCHI G., JOUFFREY B., these Proceedings

.

(2) MISELL D.L., CRICK R.A., J. Phys. C 2 (1969) 2290.

(3) SEVELY J., PEREZ J. Ph., JOUFFREY B. ,-?roc 3 r d I n t e r n . Conference on High Voltage E l e c t r o n Microscopy, Oxford(1974) 32.

(4) BERRY J.P., HENOC P., GALLE P., PARIENTE R., J . Microsc. (1973) 11.

(5) BERRY J.P., GALLE S., ESCAIG F., these Proceedings.

( G ) BERRY J.

P.,

POUPON

H.F.,

POT-DEPRUN J., Le N i c k e l dans 1 'environnement humain, Lyon, Mars 1983.

(7) GALLE P., J; Microsc. 19 (1974)

-

87.

(4)

PERTE WENERGIE

l e 1 vsosome de ce1

1

ul es tubulaires rénal es.

B -

spe&re des pertes d'énergie associé

à

cette zone - mise en

évidence de 1 'oxygène, du gallium e t du phosphore.

(5)

C2-584 JOURNAL DE PHYSIQUE

F i g . 3 : A

-

Image en champ c l a i r -à 100 kV d'une p o r t i o n de c e l l u l e tumorale.

La membrane de l a c e l l u l e apparaSt en n o i r .

B - Spectre d e p e r t e s d ' é n e r g i e à 1 MV sur une p o r t i o n de l ' i m a g e contenant l a membrane dans l a bande de p e r t e s d ' é n e r g i e 400

-

^{1400 eV}

-

mise en évidence de l'oxygène e t du n i c k e l .

INTENSITE

B

x- 700 1000 1300 16W 1900 PERTE$ZFENERGIE

F i g . 4 : A

-

Image en champ c l a i r à 100 kV d'amas d ' a i g u i l l e s à analyser dans des coupes de lysosomes de c e l l u l e s t u b u l a i r e s .

B

-

Spectre de p e r t e s d ' é n e r g i e obtenu à 1 MV sur une p o r t i o n de l ' i m a g e dans l a f e n ê t r e des p e r t e s 600

-

2400 eV

-

mise en évidence des s e u i l s

NZ3

e t N45 de l ' u r a n i u m .