Name: 准备厚生物样品的观察扫描透射电子断层扫描 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 4 s
Description: 学习使用会聚束扫描透射电子断层扫描技术制备厚生物样品并进行三维重建的方法。该方案通过离心、固定和包埋等步骤优化样品制备流程，可获得景深恢复的高质量图像，为结构生物学研究提供可靠的实验基础。

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本工作由两项法国国家研究局（ANR）资助项目（ANR-11-BSV8-016 和 ANR-10-IDEX-0001-02）支持。我们还感谢 PICT-IBiSA 提供化学成像设备的使用权限。

注意：使用各种试剂前，请查阅其材料安全数据表（MSDS）。样品制备过程中使用的多种化学试剂具有毒性、致癌性、致突变性及/或生殖毒性。操作样品时须佩戴个人防护装备（手套、实验服、长裤和封闭式鞋子），并在通风橱内进行操作。使用超薄切片机对样品进行切片时涉及使用锋利器械，必须谨慎操作。以下步骤中，作者假设样品为细胞培养样品。根据样品类型的不同，该方案可能需要相应调整，尤其是离心步骤。
1. 缓冲液和混合物的制备
<ol>
	<li>制备磷酸盐缓冲液（PBS）溶液（137 mM NaCl、2.7 mM KCl、10 mM Na2HPO4 和 1.76 mM KH2PO4）。</li>
	<li>配制含30%、50%和70%乙醇的PBS溶液用于样品脱水。通过将样品逐步孵育于浓度递增的乙醇溶液中进行脱水处理。</li>
	<li>通过混合双酚A-（表氯醇）（20 mL）、十二烯基琥珀酸酐（9 mL）、甲基-5-降冰片烯-2,3-二羧酸（11 mL）和2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚（0.7 mL）来制备环氧树脂；可根据所需树脂硬度采用其他配比。</li>
	<li>配制含30%、50%和70%环氧树脂的乙醇溶液用于样品包埋。通过将样品逐步孵育于浓度递增的树脂溶液中完成包埋。 
	注意：所配溶液的体积取决于所研究样品的类型。组织样品所需的溶液体积多于细胞培养样品。</li>
</ol>
2. 样品的固定与染色
<ol>
	<li>将细胞培养物在 5,000 x g 条件下离心 5 分钟。后续所有离心步骤均采用相同条件。</li>
	<li>弃去上清液，通过将细胞沉淀重悬于含 4% 多聚甲醛和 2% 戊二醛的 PBS（1 mL）中进行固定。室温孵育 30 分钟（图 1A）。也可选择在 4 °C 下固定过夜或整个周末。</li>
	<li>离心后，弃去上清液，并用 PBS（1 mL）洗涤沉淀 3 次，以彻底去除固定剂。</li>
	<li>用含 1% 四氧化锇（OsO4）的 PBS（1 mL）对样品进行后固定，室温孵育 30 分钟。</li>
	<li>离心后，弃去上清液，并用 PBS（1 mL）洗涤沉淀 3 次，以彻底去除 OsO4。在油中灭活 OsO4 后弃去。</li>
	<li>加入含 2% 醋酸铀的 PBS（1 mL）作为对比增强剂，室温孵育 30 分钟（图 1B）。</li>
	<li>离心后，弃去上清液，并用 PBS（1 mL）洗涤沉淀 3 次，以去除未结合的醋酸铀；醋酸铀含有放射性元素，应弃置于专用于放射性废物的容器中。 
	注意：孵育时间可根据样品大小进行调整。例如，较厚样品（如组织样品）的固定和染色需要更长的孵育时间。更长的孵育时间也可能有利于脱水和包埋步骤。醋酸铀可用含钆盐的“无铀”溶液替代。</li>
</ol>
3. 样品脱水
<ol>
	<li>离心后，弃去上清液，并在 4 °C 下用 PBS（1 mL）与 30% 乙醇孵育样品 30 分钟（图 1C）。</li>
	<li>使用乙醇浓度逐步增加的溶液（50%、70% 至 100%）重复步骤 3.1。在这些脱水步骤中，为保存样品，需将样品维持在 4 °C。</li>
	<li>离心后，弃去上清液，将沉淀重悬于纯乙醇（1 mL）中，并在 4 °C 下过夜孵育。</li>
</ol>
4. 树脂包埋
<ol>
	<li>离心后，弃去上清液，将沉淀重悬于含30%环氧树脂的乙醇中（1 mL），在室温下孵育30分钟（图1D）。</li>
	<li>重复步骤4.1，使用环氧树脂浓度逐步增加的溶液（50%、70%直至100%）。</li>
	<li>离心后，弃去上清液，将沉淀重悬于纯环氧树脂（1 mL）中，在室温下孵育过夜。若存在固化剂DMP-30，可能引发树脂聚合；若发生此情况，需准备两批环氧树脂，一批含DMP-30，另一批不含。</li>
	<li>离心后，将沉淀重悬于200 µL含固化剂的纯环氧树脂中，置于塑料包埋胶囊内；样品应位于塑料胶囊底部。</li>
</ol>
5. 树脂聚合
<ol>
	<li>将含有样品的塑料胶囊置于60 °C的培养箱中孵育48小时；其他类型的树脂可能需要不同的聚合条件。</li>
	<li>从培养箱中取出胶囊，检查树脂是否已聚合；用硬物按压时，树脂应感觉坚硬。</li>
	<li>在已聚合并含有样品的树脂上方加入纯环氧树脂（含固化剂）；这一额外的树脂层将有助于后续样品切割。将胶囊在60 °C下孵育48小时。</li>
</ol>
6. 样品切片
<ol>
	<li>将样品倒置安装在样品夹中，使样品朝上，并将其固定在超薄切片机的修块块上。紧紧锁住杠杆，以确保修块块牢固地固定在超薄切片机上。</li>
	<li>使用剃刀刀片或类似的锋利切割工具，切除外层塑料包埋胶囊，使其与聚合树脂分离。切割树脂，使样品被包裹在大致呈金字塔形状的树脂中。无需完全去除整个塑料胶囊，仅需去除覆盖聚合样品的部分即可。</li>
	<li>将胶囊和样品夹从修块块上取下，并安装到超薄切片机的移动臂上。</li>
	<li>在刀座上安装修块刀，精确修整金字塔的各个面。建议使用双目显微镜，以获得理想的金字塔形状；金字塔修得越规整，后续切出的切片质量越高。</li>
	<li>取下修块刀，更换为可用于切割厚度大于 0.5 µm 切片的组织学切片刀。</li>
	<li>在组织学切片刀的槽中加入适量水后，将刀刃移至样品表面，并使用双目显微镜调整胶囊的倾斜角度，使刀刃能够垂直于金字塔面进行切割。</li>
	<li>根据所需的切片厚度调节切割速度，以获得均匀一致的切片。</li>
	<li>让切片漂浮在水面上，然后用环状工具捞取切片。</li>
	<li>将环状工具移向置于滤纸上方的透射电镜铜网。 
	注意：铜网应事先经过处理以增强其亲水性，可使用镀膜笔完成此处理。</li>
	<li>由于滤纸会吸收水分，使切片自然附着在铜网上。在将铜网插入电子显微镜前，让其干燥数分钟。</li>
</ol>
7. 穿焦倾斜系列的设计
<ol>
	<li>以恒定的焦距间隔采集贯穿焦平面的图像。 
	注意：穿焦倾斜系列由在倾斜系列每个倾斜角度下采集的一组穿焦图像组成。整个焦距幅度应足以覆盖样品的全部厚度。</li>
	<li>确定焦距间隔的数值。如果该间隔等于景深，则可使整个样本处于聚焦状态；此设置代表了可能实现的最高采样水平。如果该间隔大于景深，则样本的某些部分将无法被聚焦采集，意味着这些部分的样本将无法处于聚焦状态。</li>
	<li>根据电子的波长和电子束的会聚半角计算电子束的景深。电子的波长与加速电压直接相关，而会聚半角可采用电子显微镜制造商提供的数值，或通过已知样品的衍射图样实验测定。16. 由于在特定波长下被加速的电子 &#955; 以会聚半角照射样品 &#945; 在电子显微镜中，使用以下公式计算景深（DOF）： 
	 
	<img alt="方程" src="/files/ftp_upload/55215/55215eq1.jpg" /></li>
	<li>设计焦距序列，使整个焦距范围能够覆盖样品的最大表观厚度（即， 在其最大倾斜角度时）。 
	注意：A 0.75 &#181;m-厚样品将表现出表观厚度 2.19 &#181;m 在 70&#176; 倾斜，因此焦点振幅应大于 2.19 &#181;m。对于此样本，若上述确定的焦距间隔等于50 nm，则需要采集44幅图像（2.19 &#181;m/50 nm）以覆盖样品的最大表观厚度。总聚焦振幅等于焦距间隔乘以聚焦步数。在最大倾斜角度时（&#952;），样品的表观厚度定义如下： 
	 
	<img alt="方程" src="/files/ftp_upload/55215/55215eq2.jpg" /></li>
</ol>
8. 样品成像
注意：本方案不涉及如何将透射电子显微镜设置为扫描透射模式（STEM）的具体操作；相关大部分信息可参见电子显微镜制造商提供的参考手册。但需注意以下几点：i）应根据所需的放大倍数选择合适的束斑尺寸；ii）Ronchigram 图案必须良好对中；iii）在明场（BF）模式下，必须调整相机长度，以选择未散射的电子，同时确保探测器获得良好的照明。用于电子显微镜的铜网上所载的树脂切片，在图像采集前应预先照射，以防止收缩。树脂收缩和电荷积累效应在图像采集过程中可能相互干扰。当出现电荷积累效应时，使用物镜光阑可能有助于提高样品稳定性。然而，在 STEM 配置的特定情况下，物镜光阑与高角度环形暗场（HAADF）成像模式不兼容，而过小的物镜光阑也不适用于明场（BF）成像模式。
<ol>
	<li>使用低倍率（STEM下约20,000X），浏览样品并定位目标区域。</li>
	<li>调整同心高度（Z轴），使样品旋转时目标区域不发生漂移。</li>
	<li>确认目标物体在整个倾转范围内均保持可见。</li>
	<li>由于在采集焦平面倾斜系列图像过程中会获得大量图像，因此请使用自动采集软件。可选择商业化的解决方案，或根据需要自行设计定制的数据采集软件。确保该软件程序能够执行以下三个步骤：
	<ol>
		<li>按照标准的倾转系列采集方案进行追踪和聚焦。</li>
		<li>确保焦平面图像在样品的Z轴位置上相互重叠。</li>
		<li>在每个倾斜角度自动采集一系列焦平面序列图像。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>为软件程序提供穿焦倾斜系列的主要参数（即， 焦距间隔、焦距步长、最小倾斜角度、最大倾斜角度、倾斜步长以及扫描速度</li>
	<li>启动图像采集过程，并等待软件程序完成。</li>
</ol>
9. 图像处理
注意：在本方案中，穿焦倾斜系列的处理使用 ImageJ 插件17 进行。补充数据 1 展示了一个 ImageJ 宏，用于对穿焦倾斜系列（设计为三个焦距值）进行对齐步骤（Turboreg）以及合并合焦信息（扩展景深）。
<ol>
	<li>对在相同倾斜角度下采集的图像进行对齐（即， 焦平面序列图像）。由于各图像的焦点信息不同，其用于对齐的特征并不一致；因此需通过两两对齐相邻图像的方式进行对齐。即， 遵循金字塔层级结构（以最接近的焦点值优先）使用Turboreg18，ImageJ 插件。</li>
	<li>在每个倾斜角度下持续验证离焦图像的对齐情况。将对齐后的离焦图像进行堆叠，以改善视觉观察效果。 
	注意：浏览图像序列时，只有处于焦点的区域应发生移动。精确对齐至关重要，因为后续步骤需要从不同图像中恢复处于焦点的信息。</li>
	<li>使用扩展景深技术合并聚焦区域的信息19，一个 ImageJ 插件；这将从图像堆栈中最终生成单幅图像。在景深恢复过程中可使用多种设置，但应采用最高设置以保留图像信息。 
	注意：倾转系列现在由每个倾转角度的一幅图像组成，每幅图像均包含从离焦系列图像中恢复的在焦信息。</li>
	<li>处理数据。 
	注意：由于数据现已简化为标准的倾转系列，因此可使用标准的对齐与重建工具。在本方案中，使用 TomoJ 进行数据对齐和数据重建20,21有关如何使用TomoJ的更多详细信息，请参见原始出版物22.</li>
	<li>进行倾转系列的精细对齐。 
	注意：一种有效的策略是使用金珠作为基准标记，以准确追踪图像间的位移。如果无法将金珠添加到样品中，也可使用局部最小值作为替代方法。</li>
	<li>对对齐的数据进行三维重建；可在实空间或傅里叶空间中执行重建的算法有多种，每种算法均有其优势与局限性。</li>
	<li>如果倾转系列的最终对齐效果不佳，可通过优化初始步骤进行改进。若最终的三维重构图像模糊或变形，应重复对齐步骤；实践中，采集的焦平面数量越多，三维重构的对比度和细节表现越好。 
	注意：可使用多种软件程序处理穿焦倾斜系列图像。然而，本方案所采用的工具是基于我们的经验，因其表现最佳而被选用。Turboreg18 在存在焦距梯度的情况下，图像配准效果更佳。更多详细信息可访问专用网站23扩展景深插件19 在从不同图像中恢复聚焦信息方面表现非常出色，而其他工具则导致了明显的像素修改。有关脚本编写的更多详细信息，可访问该专用网站获取24.</li>
</ol>

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<li>Kubota, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+developments+in+electron+microscopy+for+serial+image+acquisition+of+neuronal+profiles%5BTitle%5D)+AND+%22Microscopy+%28Oxf%29%22%5BJournal%5D)">New developments in electron microscopy for serial image acquisition of neuronal profiles.</a> Microscopy (Oxf). 64 (1), 27-36 (2015).</li>
<li>Levin, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanomaterial+datasets+to+advance+tomography+in+scanning+transmission+electron+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Data%22%5BJournal%5D)">Nanomaterial datasets to advance tomography in scanning transmission electron microscopy.</a> Sci Data. 3, 160041(2016).</li>
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我们没有需要披露的利益冲突。

本文介绍了一种常规的样品制备方案，以及利用扫描透射电子显微镜（STEM）离焦层析技术对厚生物样品进行三维分析的逐步操作指南。生物样本的树脂包埋技术已使用数十年26，针对不同类型样品的替代性制备方案在文献中亦有广泛报道27。相比之下，采用离焦成像方法在STEM中对厚样品进行成像仍属新兴技术，随着该技术的逐步推广，相关方法有望得到进一步优化。
本研究的目的是描述一种样品制备方案，更具体地说，是利用当前可用的设备在合理时间内完成扫描透射电子显微镜（STEM）穿焦倾斜系列成像的成像条件。为此，采用了较大的焦距间隔。实际上，对于使用STEM对厚样品进行穿焦倾斜系列成像时，焦平面之间应间隔多近，目前尚无共识。通常采集一幅STEM图像需要数秒时间，而完成一整套传统的倾斜系列可能需要数小时。作为概念验证，可以采集数百甚至数千幅图像。然而，显然长时间的采集并不适合日常使用。在设计此类长时间实验时，必须考虑电子束稳定性和样品漂移问题。此外，长时间采集还引发了电子剂量累积的问题。因此，目前STEM穿焦倾斜系列...

自20世纪70年代初以来，透射电子显微镜（TEM）中的断层成像技术已广泛用于生物样品的结构表征1,2,3。透射电子断层成像的优势在于其能够在纳米尺度上研究多种生物结构，从细胞的构架、细胞器的超微结构到大分子复合物及蛋白质的结构均可涵盖。然而，透射电子断层成像无法用于研究过厚的样品（厚度大于0.5 µm）。事实上，厚样品会产生过多的散射电子，导致信噪比（SNR）较低的图像。此外，断层成像需要采集倾斜样品的图像，而样品的表观厚度会随倾斜角度增加而增大。尽管可以使用能量过滤器去除非弹性散射电子，但在TEM中仍难以达到获得高信噪比图像所需的电子数量。因此，厚的生物样品只能通过切片方法进行研究4。
某些样品无法被切片：一些样品在切割时可能发生降解，而另一些则需要完整地进行研究，以理解其复杂性。一种替代方法是采用透射电子显微镜的扫描模式5,6,7,8。在扫描透射电子显微术（STEM）中，电子的光路与传统透射电子显微镜（TEM）不同。穿过样品而未发生散射的电子可由位于光轴上的明场（BF）探测器收集9，而发生弹性散射的电子则可在偏离光轴的特定角度处由暗场（DF）探测器收集。STEM的另一个优势在于，聚焦的电子束可在样品表面逐点扫描，从而实现逐像素成像。尽管电子束在穿过样品时会发生展宽10，但这种特定的信号收集方式对非弹性散射电子的敏感性仍低于传统TEM。此外，STEM在样品后方无需使用透镜，从而避免了TEM中可能出现的色差。通过调节相机长度，可使明场探测器主要检测未散射的电子。由于多重散射会导致图像失真，因此不建议使用暗场探测器研究较厚的样品11，而应使用明场探测器。尽管STEM能够生成高信噪比（SNR）的图像，但由于其电子束会聚角相对高于TEM，导致景深较浅，从而减少了从厚样品中可恢复的纵深信息量。在像差校正的STEM显微镜中，会聚角可高达30 mrad，此时景深可能极小，以致聚焦信息仅来源于几纳米厚的焦平面。将电子束设置为平行模式可提高电子束的景深，但会牺牲分辨率12。然而，这种设置并不总是可行的。
在需要使用会聚电子束时，研究厚样品必须采用增强电子束景深的技术。近期研究报道了在整个样品的不同焦平面采集多幅图像，以恢复最大程度的在焦信息13,14。这两项研究描述了处理不同焦平面信息的两种不同方法。Hovden et al. 在傅里叶空间中合并了在不同焦平面采集的图像，最终重构结果直接通过三维逆傅里叶变换获得13。相比之下，Dahmen et al. 开发了一种会聚束重构引擎，用于在实空间中从不同焦平面重构三维体积14。我们实验室也开发了一种成像厚生物样品的方法。我们的策略与上述两种方法不同，我们整合了各个焦平面中处于焦点内的信息，并使用平行束投影器在实空间中重构最终的三维体积15。我们的目标是开发一种可在任何电子显微镜实验室中简便实施的方法。为此，我们力求在有限的时间内完成焦平面图像的采集，时间范围与常规断层扫描实验相当。此外，我们提出的方法可适配于不同类型的对齐和重构软件。
基于我们2015年发表的研究15，我们希望对景深的恢复进行可视化和表征，因此采用了25 mrad的大收敛半角。本文中，我们逐步展示在扫描透射电子显微镜（STEM）中执行离焦成像的实验方案，该方法基于我们实验室于2015年建立的技术15，并介绍2015年数据的处理方式。该方法能够从厚达750 nm的生物样品的多个焦平面中恢复出聚焦信息，从而实现高质量的三维重构。在适当之处，我们也介绍了本方法与其他研究团队所用方法之间的差异。

<table><tbody><tr><td>磷酸盐缓冲液</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P4417</td><td></td></tr><tr><td>乙醇</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>2860</td><td></td></tr><tr><td>环氧树脂</td><td>EMS</td><td>14120</td><td></td></tr><tr><td>多聚甲醛</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P6148</td><td>将多聚甲醛粉末加入约 60 &amp;deg;C 加热的 PBS 中。&lt;br/&gt; 滴加 1 N NaOH 调节 pH，直至多聚甲醛粉末完全溶解。</td></tr><tr><td>戊二醛</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>G5882&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>四氧化锇</td><td>EMS</td><td>19150</td><td></td></tr><tr><td>醋酸铀酰</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>73943</td><td></td></tr><tr><td>明胶胶囊</td><td>EMS</td><td>70110</td><td></td></tr><tr><td>修块与组织切片刀</td><td>LFG Distribution</td><td>Diatome 金刚石刀</td><td></td></tr><tr><td>透射电镜铜网</td><td>LFG Distribution</td><td>G200-Cu</td><td></td></tr><tr><td>载网涂布笔</td><td>LFG Distribution</td><td>70624</td><td></td></tr><tr><td>样品台</td><td>JEOL</td><td>EM-21311 HTR</td><td></td></tr><tr><td>电子显微镜</td><td>JEOL</td><td>JEM-2200FS</td><td></td></tr></tbody></table>

通过扫描透射电子断层成像技术制备与观察厚生物样品

Preparation and Observation of Thick Biological Samples by Scanning Transmission Electron Tomography

本报告描述了一种用于制备厚生物样品的方案，以便后续使用扫描透射电子显微镜进行观察。同时介绍了一种通过扫描透射电子断层成像技术研究厚生物样品三维结构的成像方法。样品制备方案基于常规方法，包括使用化学试剂固定样品、用重金属盐染色剂处理、经一系列乙醇溶液脱水，最后包埋于树脂中。随后描述了利用扫描透射电子显微镜观察厚样品的特定成像条件。通过离焦系列成像法（through-focus method）对样品切片进行观察，即在不同焦平面采集多幅图像，从而获取样品不同深度处的在焦信息。在断层成像数据采集过程中，每个倾斜角度均执行此类特定的图像采集模式。随后生成一幅整合了所有不同焦平面上在焦信息的图像，并据此构建经典的倾斜系列（tilt-series）数据集。该方法的优势在于，倾斜系列的对齐与重构可使用标准工具完成。通过采集离焦系列图像，能够重建出包含样品全部结构细节且处于焦点中的三维体积图像。

在本研究中，使用场发射枪透射电子显微镜将电子加速至 200 kV。采用 20 µs 的停留时间，在 STEM 明场模式下采集图像。关于离焦倾斜系列的设计，我们发现对于厚达 750 nm 的生物样品的超微结构研究，即使电子束的景深仅为 3 nm，采用 150 nm 的焦距间隔仍可获得满意的结果，这得益于我们使用了高达 25 mrad 的会聚半角。
本报告中分析的样品为Trypanosoma brucei，这是一种单细胞真核生物，其鞭毛被广泛研究，因为该细胞器在原生生物到哺乳动物之间具有显著的保守性25。细胞按照样品制备方案中的方法进行处理，我们对T. brucei的鞭毛窝进行了结构分析（图2A）。当样品在电子显微镜中高度倾斜（70°倾斜）时，在不同焦距下采集一系列图像（即焦深成像过程中所采用的方法）会导致样品中处于焦点区域的部分发生位移（...

本报告描述了一种用于对厚生物样品进行扫描透射电子断层成像的样品制备方案及特定成像条件。

本报告介绍了一种用于制备厚生物样品的方案，以便后续使用扫描透射电子显微镜进行观察。它……

本实验的总体目标是利用会聚束扫描透射电子断层成像技术，对厚生物样品进行具有景深恢复能力的三维重构。该方法可解决结构生物学领域中关于厚生物样品电子断层成像的关键问题。该技术的主要优势在于，图像可在会聚束模式下采集，且数据处理可在大多数专用于断层成像的软件中完成。开始准备细胞培养样品时，将样品在5000 × g离心5分钟。在整个样品制备过程中均使用此离心参数。弃去上清液，并将细胞重悬于1毫升含有4%多聚甲醛和2%戊二醛的PBS溶液中。将悬液在室温下孵育30分钟。离心混合物，弃去上清液，并用1毫升PBS分三次洗涤沉淀。使用相同的孵育条件和洗涤程序，将沉淀分别在1毫升PBS（含1%四氧化锇）和1毫升PBS（含2%醋酸铀酰）中孵育。接下来，将样品冷却至4°C。通过在浓度逐渐增加的乙醇溶液中依次孵育，使沉淀脱水。在整个孵育、离心和洗涤过程中，保持样品温度为4°C。将脱水的沉淀物重悬于1毫升纯乙醇中，在4摄氏度下孵育过夜。然后让样品恢复至室温，并进行离心。将沉淀物在室温下依次用浓度递增的环氧树脂溶液进行孵育。最后一次洗涤后，将沉淀重悬于1毫升纯环氧树脂中，在室温下孵育过夜。离心样品，弃去上清液，然后将沉淀重悬于200微升环氧树脂与固化剂的混合液中。将悬液转移至包埋胶囊中。将塑料包埋胶囊在60摄氏度下孵育48小时，以使树脂聚合。从孵育箱中取出胶囊，确认树脂是否已聚合。在包埋的样品上添加一层环氧树脂和固化剂，然后在相同条件下再次孵育胶囊。将包埋在树脂中的样品倒置安装在样品夹中。将样品牢固地固定在超薄切片机的修块块上。切除样品周围树脂中的塑料包埋胶囊。将暴露的树脂塑造成金字塔形状。然后将包埋胶囊和样品载台转移到超薄切片机的移动臂上。安装修块刀，并在显微镜引导下进一步修整成金字塔形。将修块刀更换为组织学切片刀。在显微镜下调整包埋块的倾斜角度，使锥体与刀刃垂直。设定切片速度并切取样本。切片后，将选定的切片转移至置于滤纸上的处理过的铜网上。让样品自然干燥，然后将样品装入电子显微镜中。为设计聚焦贯穿倾斜系列，首先计算电子束的景深以及样品的最大表观厚度。根据这些数值，选择一个焦距间隔，并确定在最大表观厚度下对整个样品成像所需的焦步数。然后，在低倍率下找到样品内的目标区域。调整齐焦高度，使样品旋转时目标区域看起来不发生移动。确保在整个倾斜范围内 ROI 始终可见。填写穿焦倾斜系列参数以进行自动图像采集，并获取图像。将图像序列导入图像处理程序，并在金字塔层级结构中对同一倾斜角度下采集的图像进行对齐。通过叠加已对齐的图像，确定每个倾斜角度下的对齐位置。浏览图像堆栈，确保只有聚焦区域在图像间发生移动，并根据需要重新对齐图像。一旦确认整个样品范围内的对齐无误，便在高设置下合并各聚焦信息，从而生成每个倾斜角度对应一幅图像的图像序列。根据局部最小值或标记物进行倾斜系列图像的对齐。进行三维重构并检查所得

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Research

科研

JoVE Journal

Biology

生物学

准备厚生物样品的观察扫描透射电子断层扫描

我们介绍了一种利用高通量冷冻电子断层扫描技术测定高分辨率结构的实验方案 原位...

使用 Tomoauto：高通量自动化冷冻电子断层成像实验方案

本研究提供了在透射电子显微镜下无需昂贵设备即可获得微生物连续超薄切片的可靠且简便的操作方法。...

一种用于透射电子显微镜下获取微生物连续超薄切片的方法

本文介绍了利用扫描电子显微镜（SEM）成像精细组织样本的详细处理方案。针对坚硬的蛋壳、早期发育阶段的胚胎以及真菌培养物，分别描述了三种不同的处理方法：六甲基二硅氮烷（HMDS）化学干燥法、简单的空气干燥法和临界点干燥法。...

胚胎、卵壳及真菌培养物的扫描电子显微镜制样

我们介绍了连续切片带的制备方法，以及将其收集在大型转移支撑材料上以用作阵列断层成像样本的流程，同时包括在扫描电子显微镜中进行自动成像的操作步骤。该方案可实现对局部稀有事件的筛选、定位与靶向成像，并支持大规模数据的采集。...

使用扫描电子显微镜进行靶向获取体积信息的阵列断层成像工作流程

利用聚焦离子束铣削技术，从浸冻的生物样品中制备用于冷冻电子断层扫描的玻璃态原位薄片。...

使用双束扫描电子显微镜制备玻璃态生物样品薄片用于冷冻电子断层扫描

低温电子断层扫描中对大规模数据采集日益增长的需求，要求具备高通量的成像采集流程。本文所述方案实现了先进的采集策略的最新进展，旨在最大限度地提高断层扫描数据采集的时间效率和通量。...

冷冻电子断层扫描数据采集优化策略

本实验方案描述了使用 Tomo5 进行高分辨率冷冻电子断层扫描远程数据采集，以及使用 emClarity 进行后续数据处理和子断层平均化的方法。以脱铁铁蛋白为例，详细展示了获得分辨率为 2.86 Å...

冷冻电子断层扫描远程数据采集与亚断层图像平均法

冷冻扫描透射电子显微镜断层成像技术提供了一种无需包埋、切片或其他侵入性制备步骤即可观察完整细胞中细胞器的方法。目前该技术获得的三维分辨率可达数纳米，视场范围为数微米，可观察样品厚度约为 1...

细胞器的可视化 原位 通过冷冻扫描透射电子显微镜断层成像技术

本视频方案演示了如何对病毒学样本进行扫描透射电子显微镜断层成像。为获得最佳结果，样本需通过高压冷冻及后续的冷冻置换方法进行制备。...

病毒学中的扫描透射电子显微镜断层成像：高压冷冻-冷冻置换样品的三维成像

我们介绍了一种收集和处理完整线粒体冷冻电子断层成像图的方法。该技术可提供关于天然生物膜中大型膜蛋白复合物的结构、功能和组织的详细信息。...

通过电子冷冻断层扫描技术可视化线粒体中的ATP合酶二聚体

学习使用会聚束扫描透射电子断层扫描技术制备厚生物样品并进行三维重建的方法。该方案通过离心、固定和包埋等步骤优化样品制备流程，可获得景深恢复的高质量图像，为结构生物学研究提供可靠的实验基础。

通过扫描透射电子断层成像技术制备与观察厚生物样品

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