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创新先锋 | 如何实现大体积、大视场的3D电镜成像

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2019-6-18     浏览次数:    

做光学显微镜的蔡司和做扫描电镜的蔡司

是一个蔡司

不仅如此,蔡司君还活跃于工业、科研、医疗、半导体、眼镜镜片、相机镜头和望远镜等诸多领域,提供光学和光电子技术的解决方案。


蔡司可提供微米到纳米、全尺度全方位的显微技术解决方案。应用于生命科学领域的蔡司光电联用系统,给全球科学工作者提供强有力的软硬件支持,帮助科学家们实现诸多“不可能”。



随着生命科学研究的不断深入,人们欲探索越发精细的结构就需要更高的二维、三维的分辨率。过去的二十年里,在对生物样本超微结构的三维重建的技术中,实现样品大体积大视场的3D成像上,常见的有3种解决方案,Array tomography、3View和FIB/SEM。不同技术之间不分孰优孰劣,因为只存在一个决定因素—那就是哪一种最适合相应的科学研究问题。蔡司扫描电镜完美地配齐了江湖上的这三大技术方案。



大体积样品的三维精细成像往往在生命科学研究中拥有重要的意义,对比3View,Array tomography和FIB/SEM他们各有各的用武之地,三者在X、Y轴上的分辨率没有显著差别,均可做到2.5nm,差异主要是在Z轴分辨率上,一般利用Array tomography最佳可达30-50nm的分辨率。3View更是可以实现小于20nm的纵向分辨率,如果在3D的所有方向都需要超高的分辨率,那么FIB-SEM是唯一可以实现iso-voxels(三维像素)达到5nm以下的技术。


综上所述,如果需要对几个立方毫米大小的样品做三维重构,3View是不错的选择。


如果需要对样品进行反复性成像则只有使用Array tomography才能满足要求。众所周知,脑组织的重建需要极大的体量和纳米级的分辨率,利用ATUM全自动切片系统结合蔡司 FESEM,高效且高通量地对脑样品进行三维数据采集,与此同时,还能留存样品,实现重要样品的反复观察。


▲小鼠新皮质。视频出处Cell 162, 648–661, July 30, 2015,Saturated Reconstruction of a Volume of Neocortex 


对于远小于组织的细胞样品研究,可利用Z轴分辨率更优秀的FIB-SEM结合顶扣包埋技术,甚至可以与光学显微镜联用来有效解决问题。面对分辨率面面俱细的FIB-SEM,一向“娇羞”的亚细胞精微结构,也终于肯掀开层层面纱,准备“对镜贴花黄”了。那让我们来一睹细胞们面纱下的芳容吧~


利用蔡司 FIB-SEM成像体量较大、分辨率高的优势,获得酵母细胞3D成像(如下),体素分辨率达3nm,细胞器的超微结构清晰可见。


▲酵母细胞。黄色:内质网;浅蓝色:核;绿色:核周池;浅绿色:小泡;橙色:脂质滴;粉色:微管;红色:线粒体;灰色:细胞壁。视频出处:BioTechniques. High-resolution three-dimensional reconstruction of a whole yeast cell using focused-ion beam scanning electron microscopy


对模式藻类Micrasterias denticulate线粒体(如下)的高精度三维立体重建,准确解析盐胁迫下线粒体的形态变化。让难以观察的细胞器表型变化无处遁形~


▲绿藻细胞器。紫色:线粒体;浅紫色:线粒体的异常突出;绿色:高尔基体。图片出处:J Struc Biol. Ionic stress induces fusion of mitochondria to 3-D networks: An eletron tomography study. Epub ahead of print




用厉害这个词评价蔡司君技术上的执着和造诣可谓非常合适,厉害二字在字典里的意思是猛烈的手段,具备有某项特殊超凡的技能,或是能做一般人做不了的事情,也是人们现实生活社会中运用较为广泛的称赞词。在生命科学研究中蔡司君愿与您同在,与您携手探索微观世界的更多美好。

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