Method Article
Крио электронные микроскопы, либо сканирования (СЭМ) или передачи (ПЭМ), которые широко используются для характеристики биологических образцов или других материалов с высоким содержанием воды 1. SEM / электронного луча, сфокусированного (FIB) используется для идентификации особенности интерес в пробах и извлечь тонкую, электронно-прозрачным ламель для перевода к крио-TEM.
Здесь мы приводим протокол, используемый для приготовления образцов крио-ПЭМ из Aspergillus Niger спор, но который может быть легко адаптирован для любого количества микроорганизмов или растворов. Мы используем построения своей крио-передаточной станции и модифицированной крио-SEM подготовки камеры 2. Споры взяты из культуры, окунуться заморозки в жидком слякоть азота и наблюдается в крио-SEM, чтобы выбрать интересующую область. Тонкая пластинка затем экстрагируют с помощью FIB, прикреплен к ТЕМ сетке и затем прореживают электрон прозрачности. Сетка передается держателю крио-TEM и в ПЭМ для исследований с высоким разрешением. Благодаря введению охлажденного оконечности наноманипулятора и крио-передаточной станции, этот протокол является прямым адаптация к криогенной температуре используемого регулярно подготовки FIB образцов ПЭМ. Как таковая, она имеет преимущества требуя небольшое количество модификации существующих инструментов, установок и процедур; это яс легко реализовать; он имеет широкий спектр применения, в принципе так же, как для пробоподготовки крио-TEM. Одним из ограничений является то, что она требует умелого обращения из образцов при критических шагов, чтобы избежать или свести к минимуму загрязнения.
В этом протоколе cryo-FIB/SEM используется для производства образцов ПЭМ от конкретного региона образца, ранее идентифицированного с высокой точностью с помощью анализа СЭМ. Электронная микроскопия (сканирование или передача) анализ биологических образцов является рутинной техника, используемая для исследований и диагностики. SEM довольно быстро и легко использовать и интерпретировать, но информация получается только с поверхности образца и с разрешением в диапазоне 1,5 нм. ТЕМ имеет более высокое разрешение, но сложнее в реализации, анализ изображения не столь очевидна и в то время как основная информация получается, образцы должны разбавлять электрон прозрачности (менее 500 нм). Дополнительная проблема состоит в том, что требования вакуумные из этих инструментов, редко переносится водосодержащих образцов. В большинстве случаев, биологические образцы должны быть либо химически фиксированных (заменив воду с, например, полимеры) или высушивают. В обоих случаях существенных изменений вморфология и структура образца могут произойти. Подготовка Крио ТЕМ гидратированных образцов вызывает минимальные химические изменения, и это производит образцы как можно ближе к их нативном состоянии, особенно если витрификация льда получается 1-6.
FIB широко используется для приготовления образцов ПЭМ своими многочисленными преимуществами 7. Чтобы назвать несколько: использование высокоэнергетических ионов в ближней нормальном падении минимизирует влияние материальных, связанных с дифференцированным ставкам фрезерных; область извлекается из объемного образца может быть выбран с точностью субмикронного; очень небольшое количество материала извлекается. Некоторые недавние технические разработки сделали возможным использованием FIB также для подготовки проб ПЭМ при криогенных температурах 2,8-10. Есть несколько преимуществ по сравнению с традиционным методом подготовки крио-приготовление гистологических срезов 11,12 используется в основном для образцов мягкой материи, таких, как отсутствие механической деформации нарезанный ламель,отсутствие ножа знаков и возможностью подготовить композитные образцы с жесткий / мягкий интерфейсов или компонентов.
ПРИМЕЧАНИЕ: все параметры, указанные в этом протоколе действительны для приборов и моделей, указанных здесь. Некоторые из этих параметров (помеченные знаком * в тексте) могут отличаться, если используется другой производитель или модель.
1. Запуск из FIB / SEM
2. Образец Замораживание
3. Ион фрезерные
4. Крио Трансфер в TEM
В этой работе мы использовали: двойной луч FIB / SEM, оснащенного наноманипулятора и крио-подготовки камеры; ТЕМ с держателем крио-передачи; прототип крио-передачи станции. Anticontaminator (АС) Лопасти крио-подготовки камеры и верхушка наноманипулятора (Нью-Мексико) были изменены Gatan. Что касается стандартного препарата крио-камеры, лопасти переменного тока больше, чтобы обеспечить больший теплоотвод для наконечника нм. Кроме того, AC оснащен зажимами для подключения косы Cu для теплообмена с наконечником нм. В пневматика о FIB / SEM были изменены, чтобы позволить Н.М. быть и оставаться вставленным даже когда образец камера вентилируется. Следует отметить, что параметры, используемые в данной работе лучше всего подходят для указанному выше оборудованию; эти параметры могут необходимо скорректировать при работе с другими типами оборудования. Для работы с этим протоколом, нормальные меры предосторожности при обращении криогенику, жидкий азот и вакуумные системы должныпоследует.
Метод был испытан на различных типах образцов с хорошими результатами, начиная от растворов или полимерных матрицах, содержащих наночастицы, чтобы одноклеточного организма к нематод. Примеры различных этапах процедуры показаны на рисунках 1-12 на А. Нигер споры окрашивали осмия и перманганата калия. Споры сначала изображается SEM (рис. 1), чтобы определить место для извлечения. В этом случае поперечное сечение любой спор был достаточен, но можно позиционировать ROI для экстракции суб-микронных точностью до, например, ломтик конкретную ячейку на определенном расстоянии от клеточной мембраны. После того, как функция представляет интерес был идентифицирован, первый этап осаждения крио-Pt реализуется (рис. 2), чтобы защитить образец от повреждений пучка от ионного травления. Наклона образца до 52 °, чтобы продолжить первых шагов Oе фрезерование (рис. 3): распыление двух траншей по обе стороны пластинки. Затем образец наклонена назад и дополнительно измельчить, чтобы оставить только два маленьких мосты, соединяющие его с навалом (рис. 4). Охлажденный наноманипулятора приводят в контакт с пластинкой (рис. 5), а другой крио-осаждени платины припои их вместе (рис. 6). Маленькие соединительные мосты затем измельчают, а до Н.М. перемещает ламель около области крепления ТЕА сетки (рис. 7), где она спаяна с окончательным крио-осаждения Pt (рис. 8). Н.М. затем отделяют от пластинки (рис. 9), который похудел с электрон прозрачности с ионного пучка (рис. 10 и 11). Пластинка, наконец, перевели в ТЕА (рис. 12), где высокое разрешение изображений, спектроскопии, томография и другие методы чан быть использованы.
Рисунок 1. Крио-РЭМ изображение спор А. Нигер, перед нанесением Pt.
Рисунок 2. Та же самая область на рисунке 1 после нанесения Pt но до отверждения.
Рисунок 3. Крио-РЭМ изображение той же области на рисунке 2, наклонена 52 º, после осаждения Pt и отверждения, с позиционной фрезерования ведутся(См. шаг 3.7).
Рисунок 4. Ламель, готов к подъемной отъезда.
Рисунок 5. Наконечник холодной наноманипулятора вступает в контакт с пластинки.
Рисунок 6. Вторая Pt крио-осаждения используется для пайки вместе наноманипулятор и ламель.
На рисунке 7. Холодный наноманипулятора используется для передачи ламель к области прикрепления ТЕА сетки.
Рисунок 8. Крио-осаждения используется еще раз, чтобы прикрепить ламель для ТЕА сетки.
На рисунке 9. Ламель разрезают свободным от наноманипулятора и он готов к любой хранения или истончение электронов прозрачности.
Рисунок 10. Промежуточный этап прореживания, с несколькими спорами видимых в поперечном сечении.
Рисунок 11 Крио-РЭМ-изображение образца после окончательного прореживания.; большинство других спор был быть фрезерованием, поскольку ламель начали скручиваться.
Рисунок 12. Составной крио-ПЭМ картину пластинки. Часть Аль заглушки был включенв ламели (черная стрелка).
Этот протокол является довольно простой адаптации до криогенных температур стандартной пробоподготовки FIB / TEM, используемого в материаловедении при комнатной температуре. Метод производит образцы ПЭМ без механических деформаций и ножевых марок (Основным недостатком приготовление гистологических срезов), хотя curtaining может возникнуть, если поверхность образца неоднородна. Это может быть уменьшена путем крио-осаждения слоя (укупорки в этой работе был использован Pt), Обработанная, пока не будет гладкой и невыразительный 13. Образцы с компонентами очень различной твердости, могут быть получены также без риска, что они будут разрушить в условиях стресса в процессе приготовления. Внутренние напряжения могут вызвать еще тонкий пластинчатый согнуть или локон, и в этом случае размер секции должен быть уменьшен. Недостатком по сравнению с другими метода является возможность изменять биологическую структуру в результате воздействия ионного пучка и возможной имплантации ионов в образце. Эти недостатки также происходить при комнатной температуре в течение образца подгоAtion в материаловедении 15. Они могут быть снижены путем заполнения истончение с конечной стадии полировки на самом низком ускоряющем напряжении для ионов (500-1000 В). Это очень нежный шаг полировки удалит поврежденный слой из пластинки.
Из-за характера крио-осаждения (шаги 3,5, 3,10 и 3,13), большие части образца будет покрыта, тем самым препятствуя вид исходной поверхности. Это может затруднить отслеживать ROI, если несколько маркировка не используются, как это предлагается в пункте 3.3.
Во время шагов 4,5 и 4,7 тонкие пластинчатые рисков, которые соприкасаются с воздухом. Это должно быть избегать, так как это вызвало бы влагу в воздухе с образованием кристаллов льда на поверхности образца, возможно до точки скрывая важные особенности. Эти шаги должны быть выполнены как можно быстрее, но в то же время неправильное обращение во время передачи может привести к потере образца онсамостоятельно. Рекомендуется, чтобы пользователь практикует эти шаги, используя пустые ПЭМ сетки перед попыткой на реальном образце производится.
В материаловедения, FIB инструмент стал основным методом подготовки образца ТЕА в течение десятилетия ее коммерциализации. Поскольку он может быть использован практически на любого образца, это устраняет необходимость адаптировать технику подготовки к типу образца. Мы твердо верим, то же самое может произойти при криогенных температурах, благодаря методике, подробно описанной здесь. Его применение в более крупные образцы все еще является предметом способности крио-сохранить их в керамической государства, но методы, такие как погружной замораживания или высокого давления морозильные 3,5 может оказаться оптимальные пути решения этой проблемы.
Авторы не имеют ничего раскрывать.
Это исследование получило поддержку от Проекта QNano http://www.qnano-ri.eu который финансируется Европейским сообществом исследовательских инфраструктур в рамках Программы FP7 емкость (грант № INFRA-2010-262163).
Мы также благодарим исследовательский совет Formas за финансовую поддержку.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Strata DB 235 | FEI | FIB/SEM | |
Omniprobe 100 | Oxford Instruments | nanomanipulator | |
Alto 2500 | Gatan | cryo preparation chamber | |
cryo-holder model 626 | Gatan | cryo transfer TEM holder | |
Tecnai F30 | FEI | TEM |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены