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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 點擊量：4223
中國科學(xué)院生物物理研究所兩個研究團(tuán)隊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) 項目成果】近日，中國科學(xué)院生物物理研究所研究團(tuán)隊兩種冷凍細(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)無法針對細(xì)胞內(nèi)部的特定目標(biāo)進(jìn)行定點減薄，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，中國科學(xué)院生物物理研究所的兩個研究團(tuán)隊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)和三束共焦熒光實時監(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)，實現(xiàn)了幾十納米精度的聚焦離子束定點減薄。在此設(shè)備基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊還開發(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)部整合了一個基于冷凍樣品桿的傳輸系統(tǒng)，以及一個內(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，光束和離子束同時聚焦在樣品臺上同一位置，實現(xiàn)了聚焦離子束減薄樣品的同時進(jìn)行熒光實時監(jiān)控成像。該系統(tǒng)通過監(jiān)測目標(biāo)分子的實時熒光信號，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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