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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領域取得突破
2023年01月17日 14:49:33
來源：化工儀器網 作者：宋池 點擊量：4209
中國科學院生物物理研究所兩個研究團隊分別提出了利用熒光成像引導聚焦離子束減薄的方案，并研發了集成式光電融合冷凍生物樣品減薄系統，為冷凍電子斷層掃描成像提供了更有效的樣品制備方法，將為細胞原位研究提供更大的支持。
【化工儀器網 項目成果】近日，中國科學院生物物理研究所研究團隊兩種冷凍細胞精準減薄技術路線，提出了利用熒光成像引導聚焦離子束(focused ion beam, FIB)減薄的方案，并研發了集成式光電融合冷凍生物樣品減薄系統，為凍細胞精準減薄提供了新方法。相關研究成果發表于Nature Methods雜志。
細胞內部的納米機器與超微結構是參與生命活動的基本單元，它們通過彼此之間的緊密協作執行特定的生理功能。冷凍電子斷層掃描技術(cryo-ET)是目前研究生物大分子機器高分辨率原位結構的主要手段。但是目前廣泛使用的冷凍電子斷層掃描技術電子束穿透能力較差，為了保證準確率，需要將細胞和組織樣品減薄成200納米左右的薄片。
細胞和組織樣品的減薄通常使用低溫聚焦離子束( cryo-FIB)進行。然而該技術無法針對細胞內部的特定目標進行定點減薄，只能通過隨機加工，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，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瓶頸，中國科學院生物物理研究所的兩個研究團隊分別研制出了集成式冷凍光電融合聚焦離子束系統(cryo-CLIEM)和三束共焦熒光實時監控的聚焦離子束精準減薄系統ELI-TriScope。
cryo-CLIEM將激光共聚焦顯微鏡集成到商業化雙束電鏡中，通過雙束電鏡內冷凍三維多色熒光成像，可精準定位研究目標的三維空間位置，并通過巧妙的投影變換，將光鏡圖像與聚焦離子束圖像進行快速精準關聯，實現了幾十納米精度的聚焦離子束定點減薄。在此設備基礎上，研究團隊還開發了全新熒光導航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，顯著提高了熒光導航FIB減薄的效率和成功率。
ELI-TriScope系統在雙束掃描電子顯微鏡內部整合了一個基于冷凍樣品桿的傳輸系統，以及一個內嵌的光學成像系統。該系統在掃描電鏡的內部將電子束，光束和離子束同時聚焦在樣品臺上同一位置，實現了聚焦離子束減薄樣品的同時進行熒光實時監控成像。該系統通過監測目標分子的實時熒光信號，能夠精確且高效地制備包含目標結構的冷凍含水切片。
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，將為細胞原位研究提供更大的支持。
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