《'修复'电子显微镜和BSL3病毒之间的网关》

  • 来源专题:实验室生物安全
  • 编译者: 张虎
  • 发布时间:2018-11-05
  • 对生物安全3级(BSL3)药剂的科学调查需要特殊的收容设施和训练有素的工作人员。 BSL3病毒处理带来的风险限制了他们的研究,特别是在结构生物学中,因为高分辨率研究需要大量的病原体。 BSL3设施内的冷冻电子显微镜(cryoEM)产生非常高的成本,并且需要广泛且繁琐的去污方案。另一种策略是化学灭活致病病毒以促进BSL1环境中BSL3病毒的电子显微镜检查。我们开发了BSL2病毒的灭活方案,并通过EM分析评估了灭活样品的完整性。使用Orthobunyavirus(BSL2)作为模型生物,并且该方法随后在Orthohantaviruses(BSL3)上复制。通过用1%戊二醛进行化学固定来进行灭活。通过亚体积平均对目标分辨率为2nm的纯化和灭活的Orthohantaviruses进行冷冻断层扫描研究。该方案扩展到被致病病毒感染的全细胞。使用1%戊二醛使汉坦病毒感染的细胞失活。先前报道的基于常规固定和醇脱水的细胞灭活方案使细胞膜塌陷并提取细胞内容物以破坏细胞完整性。我们对灭活的细胞样本使用高压冷冻,其保留细胞器和膜,细胞内容物的提取最少。

  • 原文来源:https://www.cell.com/biophysj/fulltext/S0006-3495(17)32135-5
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  • 《阿秒电子显微镜研究取得新进展》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2020-11-13
    • 电子显微镜为人们提供了深入观察物质微小细节的途径,例如材料的原子排列,蛋白质的结构,以及病毒粒子的形状等。然而,自然界中大多数材料并非静止,而是彼此之间相互作用,时刻都在运动、重组。最常见的例子之一就是光与物质的相互作用,这种相互作用在植物、光学元件、太阳能电池、显示器以及激光中都普遍存在。这种相互作用由围绕光场周期移动的电子定义,发生在飞秒(十的负十五次方秒)甚至阿秒(十的负十八次方秒)量级上。尽管超快电子显微镜技术可以观测飞秒量级上某些过程,然而直到近日,电子显微镜技术仍未实现阿秒量级上光与物质相互作用的观测。 近日,来自康斯坦茨大学和德国慕尼黑大学的一组科学家们成功将透射电子显微镜和连续激光器相结合,制造出一台阿秒电子显微镜的原型(Attosecond Transmission Electron Microscope, A-TEM)。此项研究结果发表在最新一期的Science Advances上。 图1 (左)阿秒透射电子显微镜;(右)连续激光(红色)与电子束(蓝色)在薄膜处发生相互作用,激光将电子调制成阿秒脉冲序列 调制电子束 “光学、纳米光子学以及超材料学中的基本现象都在阿秒量级上发生,比光波的一个周期还短。”本文的主要作者、康斯坦茨大学物理系光和物质课题组负责人的Peter Baum教授说。“因此,要想对光和物质之间的超快相互作用进行成像,时间分辨率需要低于光波一个振荡周期。”传统的透射电子显微镜使用连续电子束照射标本,进而成像。而Baum的团队则使用连续激光器的快速振荡对显微镜内的电子束进行调制,用电子束脉冲成像。 超短电子脉冲 这项研究的核心技术是一张薄膜,研究人员用它来破坏激光束光学周期的对称性,使得显微镜中的电子历经一系列快速加速、减速过程。“最终,电子显微镜中的电子束被转换成一系列超短电子脉冲,脉冲时间短于激光束光学周期的一半。” 本文的第一作者、博士后研究人员Andrey Ryabov说。从激光源中分束出的另一束激光,用于激发样品,使之发生光学变化;超短电子脉冲随后探测样品和样品对激光的响应。通过扫描两束激光之间的时间差,研究人员就能够以阿秒分辨率,捕获标本内部电磁动态变化的连续镜头。 技术修改简单,意义重大 “这项技术的主要优点是,可直接利用电子显微镜内已有的连续电子束,而不必增加新的电子源。这意味着每秒可以有100万倍以上的电子,基本上是光源的最大亮度。这样的优点对任何实际应用都是非常关键的。”Ryabov继续说道。另一个优点是所需的技术修改相当简单,不需要重新配置电子枪。 有了这项技术,在整个时空成像技术范围内实现阿秒分辨率将成为可能。比如时间分辨全息术、波形电子显微镜以及激光辅助电子光谱学等。从长远来看,阿秒电子显微镜将有助于揭示复杂材料和生物物质中光与物质相互作用的原子机制。
  • 《探索 | 实现原子分辨电子显微镜的新方法》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2022-04-13
    • 电子显微镜使研究人员可以看到微小的物体,如病毒,半导体器件的精细结构,甚至排列在材料表面的原子。将电子束聚焦到原子大小尺度对于实现如此高的空间分辨率至关重要。然而,当电子束通过静电透镜或磁透镜时,根据聚焦角度和光束发散的不同,电子射线具有位置不同的焦点。矫正这种“球差”既需要昂贵的成本又需要复杂的技术,这意味着只有少数科学家和公司才有能力拥有具有原子分辨率的电子显微镜。 日本东北大学的研究人员提出了一种新的方法,利用光场来形成电子透镜,而不是传统电子透镜中使用的静电和磁场。有质动力使在光场中运动的电子被高光强区域排斥。利用这一现象,甜甜圈形光束与电子束同轴放置,可以对电子束产生透镜效应。 图1: 有质动力透镜(p-lens)的概念图。以一阶拉盖尔-高斯光束为例。 左图显示电子束和光束有共同的传播轴,绿色箭头是电子轨迹。右图描绘了光束束腰的横截面 已有研究从理论上评估了使用典型的甜甜圈形光束形成的光场电子透镜的特性——被称为贝塞尔或拉盖尔-高斯光束。从那里,他们得到了焦距和球差系数的相关公式,这使他们能够快速确定实际电子透镜设计所需的导向参数。 该研究机构证明了光场电子透镜产生的“负”球差与静电电子透镜和磁性电子透镜产生的球差相反。将具有“正”球差的传统电子透镜和可以抵消球差的光场电子透镜结合起来,可以将电子束的大小减小到原子尺度。这意味着光场电子透镜可以用作球差校正器。 “光场电子透镜具有传统静电和磁性电子透镜所没有的独特特性,”东北大学先进材料多学科研究所助理教授Yuuki Uesugi说,他是这项研究的第一作者。Uesugi补充说:“基于光的像差校正器的实现将大大降低原子分辨率电子显微镜的制造成本,从而使其在不同的科学和工业领域得到广泛的应用。”