低温电子显微镜安全性和清晰度得到提振

当科学家们需要可视化的结构蛋白,冠状病毒使用渗透到人类细胞,他们转向低温电子显微镜。最强大的成像工具之一在研究员的阿森纳,低温电子显微镜(低温电子显微镜)可以可视化蛋白质,病原体和各式各样的电池组件几乎到单个原子。

但准备低温电子显微镜样品是繁琐的过程,依靠乙烷-一个强大的冷却剂液体形式,和可燃气体在室温下容易爆炸。

一项新的研究发表在9月7日《国际联盟的结晶学表明,低温电子显微镜样品可以准备一个更安全、更便宜的冷却剂——液态氮,这些样本可以产生更清晰的图像,甚至比那些用乙烷。结果颠覆传统观念可以追溯到1980年代,并可能提高低温电子显微镜的安全和质量。

“乙烷不是一个标准实验室化学。危险,使用它增加了额外的并发症,”罗伯特·索恩资深作者说的物理学教授在艺术与科学学院和维斯总统的。“液态氮冷却剂的选择。”

低温电子显微镜的工作原理是发射电子通过分子flash冻结在一个玻璃层水,捕获多个模糊图像在冰的分子。复杂的软件通常可以平均那些模糊的剪辑成一个清晰的三维图像,但并不一致。

的一些模糊强度来自样本本身。当水分子将过于缓慢冷却,形成冰晶,降低图像。科学家绕过这个问题通过使用乙烷冷却的水如此之快,它拍成一个玻璃,crystal-free表。但是这种快速冻结压力板,这取决于薄膜的黄金。电子束击中表时,压力会导致分子移动,模糊现象称为beam-induced运动的最后形象。

“我们有两种对立的因素,”索恩说道。“我们希望样品快速降温,防止冰晶形成和捕捉生物分子的结构。但是我们也要冷却样品尽可能慢慢地减少成像期间运动。”

乙烷很快冷却样品。但研究人员必须使用液氮乙烷气体转换成液体,然后更多的液态氮冷冻后存储的样品。“乙烷是笨重的,是很危险的,最终,样品在液氮,”索恩说道。

液态氮冷却速度慢大约50倍比乙烷,据报道在过去的40年,这不是足够快把水倒进玻璃表。索恩但在2006年,研究小组发现的主要因素减缓氮冷气体液体的表面浮在上空,冷却小样本之前他们得到液体。

MiTeGen索恩的公司,最终开发了一个自动冷却工具x射线晶体学,另一种方法用于图像蛋白质分子,消除了冷气体样品前陷入氮,,发现冷却率增加到仅仅6倍低于乙烷。MiTeGen员工适应他们的冷却仪器低温电子显微镜样品和与康奈尔大学材料研究中心的工作人员和博士后副研究员乔纳森·克林杰来收集和分析低温电子显微镜数据。

作为新的研究报告、氮冷却速度的完美的低温电子显微镜样品制备,足够快,以避免巨大的冰晶形成,但足以降低beam-induced缓慢运动。

“乙烷是多余的,”索恩说道。“速度你不需要,你要与beam-induced运动模糊图像,这是更多的问题比任何形式的冰晶略慢冷却。”

和液体氮冷却,索恩表示,将简化低温电子显微镜工作流,去除乙烷要求的额外步骤,使其更容易设计自动冷却设备,满足当前实验室的安全标准。

“这是一个很好的例证的基本学术科学——研究对象多小酷和冰内形式——如何导致的实际解决方案和商业产品。”

参考:T,克林杰是的,Spoth KA,等。高分辨率单粒子的低温电子显微镜样品玻化在沸腾的氮。IUCrJ。2021;8 (6)。doi:10.1107 / S2052252521008095

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