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中科院生物物理研究所在生物樣品原位研究技術(shù)領(lǐng)域取得突破
2023年01月17日 14:49:33
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點(diǎn)擊量：4205
中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)分別提出了利用熒光成像引導(dǎo)聚焦離子束減薄的方案，并研發(fā)了集成式光電融合冷凍生物樣品減薄系統(tǒng)，為冷凍電子斷層掃描成像提供了更有效的樣品制備方法，將為細(xì)胞原位研究提供更大的支持。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近日，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所研究團(tuán)隊(duì)兩種冷凍細(xì)胞精準(zhǔn)減薄技術(shù)路線，提出了利用熒光成像引導(dǎo)聚焦離子束(focused ion beam, FIB)減薄的方案，并研發(fā)了集成式光電融合冷凍生物樣品減薄系統(tǒng)，為凍細(xì)胞精準(zhǔn)減薄提供了新方法。相關(guān)研究成果發(fā)表于Nature Methods雜志。
細(xì)胞內(nèi)部的納米機(jī)器與超微結(jié)構(gòu)是參與生命活動(dòng)的基本單元，它們通過彼此之間的緊密協(xié)作執(zhí)行特定的生理功能。冷凍電子斷層掃描技術(shù)(cryo-ET)是目前研究生物大分子機(jī)器高分辨率原位結(jié)構(gòu)的主要手段。但是目前廣泛使用的冷凍電子斷層掃描技術(shù)電子束穿透能力較差，為了保證準(zhǔn)確率，需要將細(xì)胞和組織樣品減薄成200納米左右的薄片。
細(xì)胞和組織樣品的減薄通常使用低溫聚焦離子束( cryo-FIB)進(jìn)行。然而該技術(shù)無法針對(duì)細(xì)胞內(nèi)部的特定目標(biāo)進(jìn)行定點(diǎn)減薄，只能通過隨機(jī)加工，保留約200納米厚的切片樣品。因此對(duì)于中心體等豐度較低的研究目標(biāo)，制備的樣品往往無法滿足研究需求。
解決低溫聚焦離子束減薄的技術(shù)瓶頸，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所的兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)分別研制出了集成式冷凍光電融合聚焦離子束系統(tǒng)(cryo-CLIEM)和三束共焦熒光實(shí)時(shí)監(jiān)控的聚焦離子束精準(zhǔn)減薄系統(tǒng)ELI-TriScope。
cryo-CLIEM將激光共聚焦顯微鏡集成到商業(yè)化雙束電鏡中，通過雙束電鏡內(nèi)冷凍三維多色熒光成像，可精準(zhǔn)定位研究目標(biāo)的三維空間位置，并通過巧妙的投影變換，將光鏡圖像與聚焦離子束圖像進(jìn)行快速精準(zhǔn)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了幾十納米精度的聚焦離子束定點(diǎn)減薄。在此設(shè)備基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了全新熒光導(dǎo)航FIB減薄流程，并首次提出"虛擬切片"概念，利用三維圖像投影方法，顯著提高了熒光導(dǎo)航FIB減薄的效率和成功率。
ELI-TriScope系統(tǒng)在雙束掃描電子顯微鏡內(nèi)部整合了一個(gè)基于冷凍樣品桿的傳輸系統(tǒng)，以及一個(gè)內(nèi)嵌的光學(xué)成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)在掃描電鏡的內(nèi)部將電子束，光束和離子束同時(shí)聚焦在樣品臺(tái)上同一位置，實(shí)現(xiàn)了聚焦離子束減薄樣品的同時(shí)進(jìn)行熒光實(shí)時(shí)監(jiān)控成像。該系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)目標(biāo)分子的實(shí)時(shí)熒光信號(hào)，能夠精確且高效地制備包含目標(biāo)結(jié)構(gòu)的冷凍含水切片。
上述兩項(xiàng)研究成果為冷凍電子斷層掃描成像提供了更有效的樣品制備方法，將為細(xì)胞原位研究提供更大的支持。
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