פרוטוקול זה מספק מסגרת מעשית לתכנון והפעלה של תשתית ה-IT במעבדה פנימית למיקרוסקופיה אלקטרונית קריוגנית (cryo-EM). הוא כולל תכנון של המתקן, ארכיטקטורת רשת, אחסון, מחשוב GPU, גישה מרחוק ועיבוד נתונים בזמן אמת, ובכך מאפשר ניהול יעיל של מערכי נתונים בנפח של מספר טרה-בייט תוך הבטחת פעולות cryo-EM בעלות ביצועים גבוהים, בנות-קיימא וניתנות להרחבה.
מאמר שיטה
תכנון ותפעול של מתקן פנימי למיקרוסקופיה אלקטרונית קריוגנית הכולל תשתית IT וצינורות עיבוד נתונים בזמן אמת
במאמר זה
סיכום
תקציר
מיקרוסקופיה אלקטרונית קריוגנית (Cryo-EM) הפכה לשיטה דומיננטית לקביעה מבנית ברזולוציה גבוהה של מקרו-מולקולות ביולוגיות. עם העלייה במספר מתקני ה-cryo-EM המוסדיים ברחבי העולם, עלה אתגר מתמיד: תשתית הנתונים הנדרשת לתמיכה במתקנים אלו סובלת בדרך כלל מתכנון חסר. מכשירי cryo-EM מודרניים המשולבים עם גלאים אלקטרוניים ישירים (DEDs) מייצרים בין 2 ל-5 TB של נתונים גולמיים ליום, ומתקן עם 20 משתמשים יכול לצבור כ-2 PB של נתונים במהלך שנת פעולה אחת. עיבוד נתונים אלו דורש צמתי מחשוב מבוססי GPU ייעודיים, רשת פנימית במהירות גבוהה ואסטרטגיות ארכיון לטווח ארוך - כאשר כל אלו חייבים להיות מוכנים לפני תחילת איסוף הנתונים. פרוטוקול זה מציג מסגרת משולבת לתכנון ה-IT והתכנון החישובים של מתקן cryo-EM פנימי. אנו סוקרים דרישות פיזיות של המתקן (תכנון החדר, חשמל, קירור ובידוד מרעידות), בחירת ציוד (מיקרוסקופים, DEDs ומכשירים תומכים), ואת כל השכבה החישובית: הגדרת מתגי רשת, בחירה ומימד של שרתי אחסון, אספקת צמתי מחשוב GPU וארכיטקטורת גישה מרחוק. לאחר מכן, אנו מספקים פרוטוקול מפורט ליישום צינורות עיבוד נתונים בזמן אמת (on-the-fly) - הכוללים תיקון תנועה, הערכת פונקציית העברת ניגודיות (CTF), בחירת חלקיקים (particle picking) וסיווג דו-ממדי (2D classification) בזמן אמת במהלך איסוף הנתונים - באמצעות כלים סטנדרטיים בתעשייה. כמו כן, נסקור אסטרטגיות העברת נתונים עבור משתמשים חיצוניים. מדריך זה ממלא פער קריטי בספרות ויאפשר לחוקרים ומנהלים להקים מתקני cryo-EM שיהיו מוכנים מבחינה חישובית מהיום הראשון.
מבוא
מהפכת הרזולוציה של ה-cryo-EM שינתה את הביולוגיה המבנית, ואפשרה ויזואליזציה ברזולוציה אטומית של חלבונים, חומצות גרעיניות וקומפלקסים מקרומולקולריים ללא צורך בגיבוש1,2. שלושה התקדמויות טכניות הניעו טרנספורמציה זו: פיתוח DEDs עם קצבי פריימים גבוהים, שיפורים באופטיקה של אלקטרונים ובמכניקת המיקרוסקופ, ואופטימיזציה של תוכנות לעיבוד תמונות מואצות GPU3,4,5,6. יחד, התקדמויות אלו הפכו את ה-cryo-EM לשיטה המועדפת עבור קהילה הולכת וגדלה של ביולוגים מבניים.
הביקוש לגישה למיקרוסקופיה אלקטרונית קריוגנית (cryo-EM) הוביל להשקעות משמעותיות הן במרכזים לאומיים גדולים והן במתקנים מוסדיים קטנים יותר. מרכזים לאומיים — כגון NCCAT, S2C2, PNCC, ו-MCCET בארה"ב, ו-eBIC, NeCEN, ו-SciLifeLab באירופה3,5,6, מספקים גישה למכשור המתקדם ביותר עבור פרויקטים מאושרים. מתקנים פנימיים משלימים את המשאבים הללו על ידי תמיכה במחקר איטרטיבי ספציפי לפרויקט, עם זמני תגובה מהירים יותר ואינטראקציה הדוקה יותר בין המשתמשים לצוות. עם זאת, הקמה של מתקן פנימי פונקציונלי דורשת הרבה יותר מאשר רכישת מיקרוסקופ: התשתית המחשובית (IT) התומכת היא קריטית באותה מידה, וחוסר התאמתה היא גורם מרכזי לכישלון תפעולי במתקנים חדשים6.
סשן בודד של cryo-EM ברמה גבוהה יכול להפיק 2–5 TB של נתוני סרט גולמיים ב-24 h. עם מספר מיקרוסקופים ומשתמשים, נטל הנתונים מגיע במהירות לקנה מידה של פטבייט. עיבוד נתונים אלו דורש צינורות עיבוד (pipelines) מואצים באמצעות GPU, שחייבים להיות פעילים במקביל לאיסוף הנתונים7,8. עיכובים בעיבוד המקדים פירושם משוב מאוחר על איכות הנתונים ובזבוז של זמן מכשיר. למרות מציאות זו, רוב המדריכים שפורסמו על ניהול מתקני cryo-EM מקדישים תשומת לב מינימלית לרכיבי ה-IT, ואף אחד מהם אינו מספק פרוטוקול תפעולי שלב-אחר-שלב להקמה ותיקוף של תשתית נתונים מלאה.
פרוטוקול זה בא להתגבר על פער זה. אנו מתארים את הדרישות הפיזיות והטכניות להקמת המתקן, את קריטריוני הבחירה עבור מיקרוסקופים וגלאים, ו—חשוב מכל—את התכנון וההטמעה של תשתית ה-IT ההופכת את פעילות מתקן ה-cryo-EM לאפשרית מבחינה תפעולית6. תשומת לב מיוחדת מוקדשת לעיבוד נתונים בזמן אמת (on-the-fly): עיבוד מקדים אוטומטי וסימולטני של נתונים במהלך האיסוף, המאפשר בקרת איכות בזמן אמת, מנחה החלטות איסוף ומקצר באופן דרמטי את זמן ההמתנה לאחר הסשן9,10,11. באמצעות עקיבה אחר פרוטוקול זה, מפתחי מתקנים יהיו מצוידים להקים מערך cryo-EM מלא ואינטגרטיבי המשרת קהילה מדעית רחבה באופן בר-קיימא ויעיל.
פרוטוקול
פרטים על הציוד, התוכנה והחומרים שנעשה בהם שימוש לאורך פרוטוקול זה מופיעים ב- טבלת חומרים.
1. תכנון המתקנים הפיזיים, כוח האדם והתשתיות
- בצעו הערכת מיקום. בחרו אתר בנייה המספק: רצפה מבודדת מרעידות (רמות רעידות סביבתיות, באופן אידיאלי < 1 µm/s RMS בתדר של 1–100 הרץ); יציבות השדה המגנטי (< גרדיאנט מרחבי של 1 mG/m ו- < שינוי זמני של 0.1 mG/m עבור מכשירים של 300 kV); טמפרטורת חדר יציבה (18–22 °C עם < 0.5 °C תנודתיות); בקרת לחות (40–60% RH); ורעש אקוסטי נמוך (<50 dB). יש לעיין בדרישות האתר של יצרן המיקרוסקופ בשלב מוקדם של תכנון התשתית.
הערה: חידוש של חדר קיים עשוי לעלות כמו בנייה חדשה. ככלל אצבע, יש להקצות תקציב של כ-20% ממחיר רכישת המיקרוסקופ עבור הכנת החדר. - תכננו את פריסת המתקן עם הפרדה מרחבית ברורה בין האזורים הפונקציונליים: (א) חדר(ים) מיקרוסקופיה עבור מיקרוסקופי אלקטרונים חודרים קריוגניים (cryo-TEMs); (ב) חדר הכנה מקדימה לדגימות עבור טיפול ואחסון של רשתות; (ג) חדר בקרה המכיל צונני מים, יחידות UPS ומערכות קירור למיקרוסקופים; ו-(ד) חדר שרתים נפרד או מרכז נתונים עבור תשתיות אחסון ומחשוב.
הערה: יש לשמור על חדר הבקרה למטה 26 °C בכל עת, וספק גיבוי ייעודי של כוח קירור וחשמל. סטיות בטמפרטורה בחדר הבקרה הן מקור נפוץ להשבתת המיקרוסקופ. - תכננו את תשתית החשמל. התקינו מעגלי חשמל תלת-פאזיים ייעודיים עבור מיקרוסקופי Cryo-TEM מתקדמים. חברו את כל המיקרוסקופים, המצלמות וציוד השרתים לתשתית החשמל המוגנת הייעודית. תאמו עם צוות התשתיות של המוסד את הכללת גנרטור חירום המסוגל להבטיח את פעולת המיקרוסקופים ואת זרימת מי הקירור בזמן הפסקות חשמל.
הערה: מספר מכשירים במעבדת cryo-EM דורשים יותר מיום אחד למחזור הפעלה (power cycling) בטוח. הפסקת חשמל לא מתוכננת עלולה לגרום לנזק ללוחות מעגלים רגישים ולהוביל לאובדן של סשנים פעילים של איסוף נתונים. - התקינו מערכות מי קירור עבור מיקרוסקופ האלקטרונים והחומרה הנלווית. הגדירו מעגל מי קירור לגיבוי עם מעבר אוטומטי במקרה של כשל. נטרו באופן רציף את קצב זרימת המים, הטמפרטורה והמוליכות באמצעות מערכת הניטור המשולבת של המיקרוסקופ או מערך חיישנים ייעודי.
- יש להתקין תשתיות של כבלי סיב אופטי מהחדרים של המיקרוסקופיה לחדר השרתים במהלך הבנייה או השיפוץ. יש להגדיר לכל הפחות סיב רב-סיבי (multimode) מסוג OM4 או סיב חד-סיבי (single-mode) מסוג OS2, עם רזרבה מספקת של כבל (slack) ולוחות חיבורים (patch panels) מסומנים בשני הקצוות.
הערה: התקנה מוקדמת של סיב אופטי זולה משמעותית מאשר התקנה רטרואקטיבית. - הקצו מפעילי מיקרוסקופ ייעודיים או מדעני מעבדה לביצוע תחזוקת מכשירים, הדרכת משתמשים, תזמון, אופטימיזציה של דגימות ותמיכה ברכישת נתונים. הקצו אנשי IT ייעודיים לניהול התשתיות, ביצועי הרשת, אבטחת סייבר, גיבוי נתונים, פריסת תוכנה, משאבי מחשוב GPU וגישה מרחוק למשתמשים.
- קבעו את דרישות כוח האדם בהתאם לרמת התמיכה הניתנת למשתמשים ולמורכבות התשתית החישובית. במתקנים קטנים יותר, כגון ה-UCSC Biomolecular cryo-EM Facility, תפקידים אלו עשויים להתחלק בין מנהל מתקן בעל מומחיות מחשוב לבין שירותי ה-IT המוסדיים המרוכזים; עם זאת, ככל שמספר המיקרוסקופים, המשתמשים ומספר מפגשי איסוף הנתונים השנתיים עולה, גובר הצורך בכוח אדם מומחה.
- ספקו תמיכת IT ייעודית למעבדות המפעילות מספר מכשירי cryo-TEM, כדי להבטיח רכישת נתונים ללא הפרעות, ניהול נתונים יעיל ומשאבי מחשוב ניתנים להרחבה. השקיעו בתשתיות IT ובכוח אדם מיומן כבר בשלבים מוקדמים של פיתוח המעבדה, כדי לצמצם זמני השבתה תפעוליים, לפשט הרחבות עתידיות ולספק מסגרת בת-קיימא המסוגלת לתמוך בקהילת משתמשים גדלה ובסבבי עבודה של cryo-EM הדורשים כמות גדלה של נתונים.
2. בחירת המיקרוסקופ והגלאי
- הגדירו את המשימה המדעית העיקרית של המתקן לפני בחירת המיקרוסקופ. שקלו את הגורמים הבאים: (א) האם זרימת העבודה העיקרית תהיה ניתוח חלקיקים בודדים (SPA), טומוגרפיה אלקטרונית קריוגנית (cryo-ET), עקיפה אלקטרונית מיקרוסקופית (microED), או שילוב ביניהם; (ב) גודל בסיס המשתמשים הצפוי ומגוון הפרויקטים; (ג) מגבלות תקציביות הן עבור הרכישה והן עבור חוזי שירות שוטפים.
- העריכו את פלטפורמות ה-cryo-TEM הזמינות בהתאם ליישומים המיועדים. עבור SPA ברזולוציה גבוהה ומיצוע סב-טומוגרמות (STA), שקלו מכשירים של 300 kV. עבור סריקה ואיסוף נתונים ברזולוציה בינונית, שקלו מכשירים של 200 kV. עבור נקודת כניסה בעלות נמוכה יותר עם יכולת סריקה, העריכו מכשירים של 100–120 kV (מסוכם ב- טבלה 1).
הערה: דפי מפרטים משתנים לעתים קרובות. לפני קבלת החלטות סופיות לגבי ציוד, בקשו תמיד פרטי תצורה ומחירים עדכניים ישירות מהיצרן. - בחר גלאי אלקטרונים (DED) התואם למיקרוסקופ ולאפליקציה. עבור SPA ברזולוציה גבוהה במכשירים של Thermo Fisher Scientific (TFS), ה-Falcon 4i הוא כעת האפשרות העיקרית בסדרות Krios ו-Glacios.
- עבור מכשירי JEOL CryoARM, ה-Gatan K3 מספק רגישות וקצבי מסגרות (frame rates) מצוינים. עבור מתקנים המכוונים הן ל-SPA הן ל-microED, יש לוודא את תאימות הגלאי למצבי איסוף נתונים של דיפרקציית אלקטרונים (טבלה 2).
הערה: ה-DED הוא אחד הרכיבים היקרים ביותר במתקן והוא משפיע משמעותית על איכות הנתונים ועל דרישות האחסון. מצב רשם אירועי אלקטרונים (EER), למשל, מייצר קבצי גלם גדולים בהרבה מפורמטים דחוסים קונבנציונליים, דבר הדורש נפח אחסון ורוחב פס רשת גדולים באופן פרופורציונלי. - העריכו את תפקידו של מסנן אנרגיה בעת בחירת תצורת מכשיר למיקרוסקופיה אלקטרונית בהקפאה (cryo-EM), שכן הוא עשוי להשפיע משמעותית על איכות התמונה, על בחירת הגלאי ועל ביצועי המערכת הכלליים. באמצעות הסרת אלקטרונים שפזרו באופן לא אלסטי, מסנני אנרגיה משפרים את הניגודיות ואת יחס האות לרעש, דבר המועיל במיוחד עבור דגימות מאתגרות ועבור יישומים של SPA ברזולוציה גבוהה (מועיל), cryo-ET (קריטי) ו-microED (מועיל).
- העריכו את מערכות מסנני האנרגיה הזמינות במהלך בחירת המכשיר. מערכות Gatan Bioquantum ו-Biocontinuum או מערכות Thermo Fisher Scientific Selectris ו-SelectrisX עולות בדרך כלל כ-0.3–1.5 מיליון דולר ארה"ב, בהתאם לתצורה.
- יש להעריך את העלות הנוספת ואת המורכבות הכרוכות בשימוש במסנני אנרגיה בשילוב עם יכולות הגלאי, יעדי המתקן ויישומי המשתמש הצפויים, בטרם בחירת תצורת המכשיר הסופית.
- יש לקחת בחשבון חוזי שירות בעת חישוב עלות הרכישה הכוללת. חוזי שירות מכסים בדרך כלל את המיקרוסקופ, את מסנן האנרגיה, את הגלאי ואת מערכת הקירור במים.
- נהלו את תנאי חוזה השירות — כולל התחייבויות לזמני תגובה וזמינות של חלקי חילוף להשאלה — בעת רכישת המכשיר. תקצבו 8%–15% ממחיר רכישת המכשיר לשנה עבור כיסוי השירות.
3. תכנון ומימוש של ארכיטקטורת הרשת
- תכננו את רשת המתקן הפנימית סביב מתג (switch) מרכזי במהירות גבוהה. חברו את כל המכשירים המייצרים נתונים והמכשירים הצורכים נתונים ישירות למתג זה במהירות המקסימלית הנתמכת: בקר המיקרוסקופ, בקר המצלמה (לעיתים תחנת עבודה נפרדת), שרתי אחסון וצמתי חישוב GPU.
- ספקו חיבור של 10 Gbps לפחות לכל מכשיר. הקצו קישורי uplink במהירות 25 Gbps או מהירה יותר בין המתג לבין צמתי האחסון והחישוב, במידת האפשר במסגרת התקציב.
הערה: במהירות של 1 Gbps, העברה של 20 TB של נתונים גולמיים תארך 2–3 ימים. במהירות של 10 Gbps, אותה העברה תארך 5–6 שעות. במהירות של 25 Gbps, הדבר אורך כ-2 שעות. מהירות הרשת קובעת באופן ישיר האם עיבוד בזמן אמת יכול לעמוד בקצב רכישת הנתונים. - הגדירו את המתג המרכזי. דרישות: (א) תשתית מיתוג שאינה חוסמת (non-blocking) בקצב קו מלא; (ב) מספר מספיק של יציאות SFP+ או QSFP עבור כל מכשרי המתקן; (ג) פונקציונליות של מתג מנוהל (תמיכה ב-VLAN, ניטור תעבורה, שיקוף יציאות לאבחון); (ד) מודולי ספק כוח רדונדנטיים. בחרו מתג מנוהל בדרגת Enterprise המספק תשתית מיתוג שאינה חוסמת, מספיק יציאות במהירות גבוהה, פונקציות ניהול תעבורה וספקי כוח רדונדנטיים.
- חלקו את הרשת באמצעות VLANs כדי להפריד בין: (א) VLAN רכישת נתונים (בקרי מיקרוסקופ ומצלמה, שרתי אחסון); (ב) VLAN חישוב (תחנות עבודה עם GPU וצמתי אשכול); (ג) VLAN ניהול (גישה מרחוק, ניטור, מנהלה).
הערה: פילוח הרשת מפחית תעבורת broadcast, משפר את האבטחה ומאפשר פתרון בעיות עצמאי עבור כל תת-מערכת. - חברו את רשת המתקן ל-WAN המוסדי באמצעות יציאת uplink ייעודית במתג המרכזי. קישור uplink של 1–10 Gbps לרשת הקמפוס מספיק עבור גישה מרחוק והעברת נתונים חיצונית.
- תאמו עם מחלקת ה-IT המוסדית להקצאת כתובות IP סטטיות, רשומות DNS וכללי חומת אש מתאימים עבור כל המכשירים הנגישים במתקן (איור 1).
- התקינו וסמנו את כל מסלולי כבלי הרשת. השתמשו בכבלי direct attach או כבלי אופטיים אקטיביים עבור חיבורים של 10+ Gbps עד למרחק של 100m (כבל Cat6A ממוגן מתאים גם הוא ל-10 Gbps עד 100m); השתמשו במכלולי סיבים עם סיומות מובנות (LC-LC או MTP) עבור קישורי 25+ Gbps בין ארונות שרתים.
- תעמדו את תכנית הכבילה המלאה באמצעות דיאגרמת רשת המפרטת שמות מכשירים, כתובות IP, הקצאות יציאות ושיוך ל-VLAN.
הערה: עיינו באיור 2 לסכימה של טופולוגיית הרשת המינימלית המומלצת עבור מתקן cryo-EM קטן.
4. תכנון ופריסה של שרת אחסון
- חשבו את דרישות האחסון לפני רכישת החומרה. כנקודת ייחוס: סשן cryo-EM בודד ברמה גבוהה מייצר 2–5 TB של נתונים גולמיים ליום.
- העריכו את דרישות האחסון לטווח ארוך בהתבסס על השימוש הצפוי במתקן. מתקן עם 20 משתמשים המפעיל שני מיקרוסקופים יכול לייצר כ-2 PB של נתונים תוך 3–6 חודשי פעילות. תכננו הן אחסון לנתונים גולמיים (טווח קצר, תפוקה גבוהה) והן אחסון לנתונים מעובדים (טווח בינוני, נפח גדול יותר), שכן מערכי נתונים מעובדים גדולים לרוב פי 10–20 מהקלט הגולמי.
- בחרו ארכיטקטורת אחסון חסונה. שרתים עצמאיים מבוססי ZFS הם נקודת ההתחלה המומלצת עבור רוב המתקנים, שכן הם מציעים יחס עלות-קיבולת נוח, אימות מובנה של שלמות הנתונים (checksumming), תצורות גמישות מקבילות ל-RAID (כגון RAIDZ, RAIDZ2) ותמיכה בצילומי מצב (snapshots). מערכות קבצים מבוזרות בclusters (כגון Gluster, Ceph, GPFS/IBM Spectrum Scale) יכולות להציע ביצועים ויכולת הרחבה גבוהים יותר, אך הן דורשות מספר שרתים פיזיים וניהול מורכב יותר.
- הגדירו מאגרי אחסון (storage pools) של ZFS. תצורת התחלה מומלצת: שני vdevs מסוג RAIDZ2 (כל אחד מורכב מ-6–8 כונני SAS HDDs בקיבולת גבוהה, 16–20 TB כל אחד), המספקים כ-60–70% קיבולת שמישה עם הגנה מפני כשל של שני כוננים בו-זמנית.
- הוסיפו vdev ייעודי למטמון כתיבה SSD (מסוג L2ARC) באמצעות 2–4 כונני NVMe SSD כדי להאיץ את ביצועי הקריאה האקראית עבור תהליכי עיבוד פעילים.
הערה: אין להשתמש בכונני SATA בדרגת צריכה (consumer-grade) במערכי אחסון של סביבת ייצור. כונני Enterprise SAS או NL-SAS עם קיבולת עומס מדורגת (למשל, 550 TB/year) חיוניים עבור דפוסי I/O אקראיים מתמשכים של זרימות עבודה ב-cryo-EM. - הגדירו ייצואי NFS (עבור לקוחות Linux) ושיתופי SMB (עבור לקוחות Windows) בשרת האחסון של ZFS. חברו (Mount) את שיתוף הנתונים הראשי בכל צמתי חישוב ה-GPU ובסביבת העבודה של בקר המצלמה כדי לאפשר גישה ישירה לנתונים ללא העתקים ביניים.
- קבעו מדיניות לשמירת נתונים ומחזור חיים. הגדירו: (א) תקופת שמירה של סרטים גולמיים (בדרך כלל 3–6 חודשים לאחר האיסוף); (ב) שמירת מיקרוגרפים עם תיקון תנועה (motion-corrected); (ג) שמירת מערכי נתונים מעובדים סופיים (ללא הגבלה עד לפרסום); (ד) הליך ארכוב עבור פרויקטים שהושלמו.
- הטמיעו התראות אוטומטיות כאשר ניצול האחסון עולה על 70% מהקיבולת כדי לאפשר רכישה מוקדמת של אחסון נוסף.
הערה: אחסון הוא העלות הנפוצה ביותר שאינה מוערכת כהלכה בתכנון מתקני cryo-EM. אין לבלבל בין אישור רכישת המיקרוסקופ לבין מימון מספיק לאחסון. רכישת האחסון חייבת להיות מתוכננת במקביל להתקנת המכשיר, ולא לאחר תחילת איסוף הנתונים.
5. תשתית מחשוב GPU
- קבעו את דרישות המחשוב בהתבסס על התפוקה הצפויה. עבור מיקרוסקופ בודד המייצר 3,000–5,000 מיקרוגרפים במהלך סשן של 24 שעות, נדרשים לפחות שני צמתי מחשוב (compute nodes), שכל אחד מהם מצויד ב-4 כרטיסי NVIDIA GPU (מדגם Maxwell או חדש יותר, עם VRAM של 11+ GB, לדוגמה: RTX 3090, RTX 4090 או A100), כדי לאפשר עיבוד מקדימה בזמן אמת (on-the-fly) במהירות האיסוף.
- עבור מתקנים גדולים יותר או זרימות עבודה של cryo-ET בעלות נפח גבוה של סדרות הטיה, הקצו צמתים (nodes) נוספים.
- הגדירו את חומרת צמתים למחשוב GPU. כל צומת צריך לכלול: (א) 4 מעבדי NVIDIA GPU עם תמיכה ב-CUDA (מינימום 24 GB VRAM לכל GPU עבור עיבודים ב-CryoSPARC וב-RELION 3D); (ב) מעבד CPU בעל מספר ליבות גבוה (AMD EPYC או Intel Xeon, עם 32 ליבות או יותר) לתמיכה בשלבים מקביליים תלויי CPU (הערכת CTF, קלט/פלט של קבצים); (ג) זיכרון מערכת (RAM) בנפח של 256 GB לפחות; (ד) שטח אחסון מקומי זמני (scratch space) מסוג NVMe SSD בנפח של 2–4 TB עבור תוצרי ביניים של משימות פעילות; (ה) כרטיס רשת (NIC) במהירות של 10/25 Gbps; (ו) אחסון מקומי מספיק עבור מערכי נתונים פעילים (בדרך כלל מערך RAID). הערה: מעבדי GPU המיועדים לצרכנים (RTX 4090) עשויים להציע ביצועים דומים לחלופות המיועדות לארגונים (A100) בעלות נמוכה משמעותית עבור עומסי עבודה של cryo-EM. העריכו מדדי ביצועים (benchmarks) עבור CryoSPARC ו-RELION באופן ספציפי, שכן דפוסי הגישה לזיכרון שלהם מעדיפים מעבדי GPU עם רוחב פס זיכרון גבוה.
- התקינו את חבילת מנהלי ההתקן של NVIDIA, את ערכת הכלים CUDA (בגרסה התואמת ל-CryoSPARC ול-RELION) ואת cuDNN בכל צומת חישוב. השתמשו בכלי לניהול תצורה כדי להמסיח את סביבות התוכנה בכל הצמתים ולהפשט עדכונים עתידיים.
- הטמיעו את CryoSPARC בתצורת עמדה בודדת (standalone) או בתצורת צבר (cluster). עבור מתקן בעל מספר צמתים (multi-node facility), התקינו את CryoSPARC-master בצומת ניהול (head node) ייעודי ואת CryoSPARC-worker בכל צומת מחשוב בעל GPU.
- הגדירו את תזמון העבודות (job scheduling) כך שיאפשר למספר משתמשים להגיש עבודות עיבוד בו-זמנית. עבדו בהתאם לתיעוד הרשמי של ארכיטקטורת CryoSPARC בנוגע לדרישות המערכת המינימליות ולהגדרות הרשת.
- התקינו את RELION לצד פלטפורמת העיבוד הראשית כדי לספק למשתמשים את שתי מערכות העיבוד. הגדירו את התוכנה כך שתשתמש בצמתי המחשוב המקומיים באמצעות מתזמן (SLURM או PBS/Torque).
- התקינו כלי עזר: MotionCor2 (תיקון תנועה), CTFFIND4 ו-Gctf (הערכת CTF), TOPAZ (בחירת חלקיקים מבוססת למידת מכונה), crYOLO (בחירת חלקיקים באמצעות רשת עצבית) ו-cryoDRGN (ניתוח הטרוגניות). עיינו ב- טבלה 3 לסקירה כללית של חבילות התוכנה הזמינות עבור SPA, cryo-ET, STA ו-microED.
- השתמשו בפריסת קונסורציום SBGrid או בניהול תוכנה מבוסס מכולות (Singularity/Apptainer עבור סביבות HPC; Docker עבור תחנות עבודה) כדי לשמור על סביבות תוכנה הניתנות לשחזור ומנוהלות בגרסאות.
הערה: SBGrid מספקת גרסאות מקומפילות ומאומתות של כל כלי התוכנה המרכזיים ל-cryo-EM, עם ניהול עדכונים אוטומטי עבור מוסדות אקדמיים.
6. תשתית גישה מרחוק
- הקימו גישה מרחוק מבוססת VPN כנקודת הכניסה המאובטחת הראשית עבור כל המשתמשים והצוות המבצעים עבודה מחוץ לאתר. עבדו עם מחלקת ה-IT המוסדית כדי להגדיר פרופיל או מנהרה של VPN ספציפי למתקן, המעניק גישה לרשת המחשוב והאחסון של המתקן מבלי לחשוף את המכשירים לאינטרנט הציבורי הרחב.
- הטמיעו אימות דו-שלבי (2FA) בכל נקודות הגישה מרחוק (איור 2).
- התקינו תוכנת שולחן עבודה מרחוק לצורך גישה גרפית לבקרי המיקרוסקופ ולתחנות עבודה עם GPU. אפשרויות מומלצות: (א) TeamViewer (מסחרית, רב-פלטפורמית, תומכת במעבר NAT — מתאימה לגישה לבקר המיקרוסקופ); (ב) NoMachine (מסחרית, רב-פלטפורמית, תומכת בהעברת גרפיקה תלת-ממדית של OpenGL — מומלצת לתחנות עבודה עם GPU המריצות כלי ויזואליזציה); (ג) TurboVNC עם VirtualGL (קוד פתוח, ל-Linux בלבד, תומכת ברינדור תלת-ממדי מרחוק).
הערה: כלי ויזואליזציה רבים של cryo-EM משתמשים ב-OpenGL עבור רינדור תלת-ממדי. העברה סטנדרטית של X11 אינה תומכת ב-OpenGL מואץ חומרה. השתמשו ב-NoMachine או ב-VirtualGL/TurboVNC עבור יישומים אלה. - הגדירו גישה מרחוק לתוכנת רכישת הנתונים של המיקרוסקופ. השתמשו ב-Leginon או SerialEM להפעלה מרחוק דרך ה-VPN המוסדי. ניתן לגשת לתוכנת רכישת הנתונים של המיקרוסקופ מרחוק באמצעות אפליקציית שולחן עבודה מרחוק מאושרת.
- בצעו בדיקות קישוריות מרחוק ממיקומים מייצגים מחוץ לאתר (רשתות ביתיות, מוסדות שותפים) לפני תחילת הפעילות השוטפת עם המשתמשים (טבלה 4).
- הקימו לוח בקרה (dashboard) מבוסס רשת לניטור המתקן, כדי לאפשר לצוות ולמשתמשים לנטר מרחוק את סטטוס איסוף הנתונים, תוצרי עיבוד מקדימי, ניצול שטח האחסון וסטטוס תור המחשוב. Leginon כוללת ממשק ניטור רשת מובנה.
- עבור תהליך העבודה של CryoSPARC, הגדירו את Grafana או לוח בקרה מותאם אישית המוזן מפלטי לוגים של ה-pipeline ומכלי ניטור מערכת (Prometheus, node_exporter).
- הקימו מנגנון למסירת נתונים עבור משתמשים חיצוניים. הגדירו שירות העברת נתונים מאובטח עם אימות, כגון Globus Connect Server, על אחסון המתקן.
- עבור משתמשים ללא גישה ל-Globus, הכינו נהלי משלוח של כונני USB עם בדיקות checksum מתועדות. קישור אינטרנט של 10 Gbps נחוץ לצורך הורדה ישירה מעשית של מערכי נתונים בנפח של מספרים של TB על ידי משתמשים חיצוניים.
7. זרימת עבודה לעיבוד נתונים בזמן אמת: יישום
- הגדירו מראש את נתיב זרימת הנתונים לפני כל סשן של איסוף נתונים. ודאו כי: (א) בקר המצלמה כותב סרטים גולמיים (raw movies) ישירות לאחסון בעל הביצועים הגבוהים המותקן ב-NFS של המתקן; (ב) שיתוף ה-NFS מותקן ונגיש בכל צומעי המחשוב של ה-GPU; (ג) קיים נפח אחסון פנוי מספיק לסשן המתוכנן (מינימום 5 TB פנויים לסשן SPA של 24 h); (ג) צומעי המחשוב של ה-GPU זמינים ושום תהליכים ארוכים לא יתחרו על המשאבים.
- הגדירו תיקון רפרנס להגבר (gain reference correction). לפני כל סשן, רכשו תמונת רפרנס להגבר כפי שהוגדר על ידי ספק הגלאי (בדרך כלל חשיפה של קרן ריקה על אזור ריק של הגריד).
- מקמו את קובץ הרפרנס להגבר בספריית הקלט הייעודית לעיבוד מקדים. כל תוכנת תיקון התנועה (MotionCor2, המימוש של RELION) תחיל רפרנס זה באופן אוטומטי אם היא הוגדרה נכון.
- הפעילו את צינור העיבוד המקדים בזמן אמת (on-the-fly) באמצעות CryoSPARC-Live (מומלץ לצורך ויזואליזציה בזמן אמת). יש להפעיל את צינור העיבוד ברגע שהסרטים הראשונים מופיעים בספריית הפלט — בדרך כלל בתוך 5–10 min הראשונים של איסוף הנתונים האוטומטי.
הערה: CryoSPARC-Live ממשיכה לנטר ספרייה ייעודית עבור קובצי סרטים חדשים ומעבדת אותם עם הגעתם. ההבדל המרכזי הוא ש-CryoSPARC-Live מספקת ממשק אינטרנטי אינטראקטיבי לניטור בזמן אמת. - תהליך העבודה של CryoSPARC-Live
- בממשק האינטרנטי, נווטו לפרויקט חדש או קיים וצרו סשן חי (live session) חדש11,36.
- הגדירו את מקור הקלט: ציינו את נתיב הספרייה אליה כותב בקר המצלמה ('תיקיית מעקב' - watch folder), את תבנית הקובץ התואמת לקובצי סרטים גולמיים (למשל, *.tif, *.mrc, או *.eer עבור נתוני Falcon 4i בפורמט EER), ואת נתיב קובץ הרפרנס להגבר.
- הגדירו פרמטרים לתיקון תנועה: מספר הפרייםים לשימוש, תיקון תנועה מבוסס פאצ'ים (מומלץ: 5x5 patches), מקדם בינינג (binning factor) של הפלט (בדרך כלל 1 לאיסוף נתונים קרוב לגבול ניקוויסט; 2 לסריקה ראשונית), ומנת אלקטרונים לכל פריים (מחושבת מהמנה הכוללת וממספר הפרייםים).
- הגדירו פרמטרים להערכת CTF: רזולוציה מינימלית ומקסימלית להתאמה (בדרך כלל 30 Å ו-4 Å), טווח חיפוש דה-פוקוס (מומלץ 0.5–5 µm עבור SPA), ואסטיגמטיזם מקסימלי מקובל. הפעילו הערכת CTF לכל הטיה עבור סטים של נתוני cryo-ET.
- הגדירו בחירת חלקיקים (particle picking): בחרו את שיטת הבחירה (blob picker לסשנים ראשוניים; template picker לאחר שזמינות מחלקות 2D טובות ראשונות; TOPAZ picker לדגימות קשות). הגדירו את קוטר החלקיקים הצפוי ואת המרווח המינימלי/מקסימלי בין חלקיקים.
- על מנת להפחית משמעותית את דרישות האחסון, עומס העברת הנתונים והעלות החישובית, מומלץ לבצע Fourier cropping במהלך חילוץ החלקיקים בפקטור של 4 (מה שמוביל לגודל פיקסל פיזי גדול פי 4). להערכה שגרתית של איכות הנתונים, רזולוציות ביניים של 3–5 Å מספיקות בדרך כלל במהלך עיבוד on-the-fly.
- הפעילו סיווג 2D (2D classification) בתוך הסשן החי. הגדירו את מספר מחלקות ה-2D (בדרך כלל 50–200), את גודל הבצ' לעדכונים הדרגתיים (200–500 חלקיקים), ואת מגבלת הרזולוציה לסיווג (6–8 Å להערכה ראשונית).
- הפעילו את הסשן החי. נטרו את לוח הבקרה בזמן אמת עבור: מספר וקצב הגעת הסרטים, איכות תיקון התנועה (תנועה כוללת לכל סרט — דחו סרטים עם תנועה כוללת של >30 Å ככלל אצבע), איכות התאמת ה-CTF (דחו מיקרוגרפים עם רזולוציית התאמת CTF של >6–8 Å), תנובת חלקיקים למיקרוגרף, ואיכות מתפתחת של ממוצעי מחלקות 2D.
- הגדירו ספי תקבול עבור סינון אוטומטי. בפאנל המסננים (Filters), הגדירו קריטריוני דחייה עבור תנועה (סף תנועה כוללת), איכות CTF (סף רזולוציית התאמה), וטווח דה-פוקוס (הוציאו מיקרוגרפים עם תת-פוקוס או על-פוקוס קיצוניים). חלקיקים שסוננו מנותבים אוטומטית למשימת סיווג 2D הבאה בתור.
8. בקרת איכות ומשוב בזמן אמת במהלך איסוף הנתונים
- נטר באופן רציף את סטטיסטיקת ה-CTF לאורך כל הסשן. שרטט את ערכי ה-defocus עבור כל מיקרוגרף: ההתפלגות צריכה להתרכז בטווח ה-defocus המתוכנן (בדרך כלל −0.5 עד −3.0 µm עבור SPA).
- סחיפה (drift) שיטתית לעבר ערכי defocus גבוהים יותר עשויה להצביע על סחיפת הבמה או על כיול שגוי של הגובה האוקסנטרי (eucentric height). התרע לצוות המעבדה באופן מיידי אם רזולוציית ה-CTF fit יורדת מתחת ל-6 Å, שכן הדבר מעיד בדרך כלל על זיהום קרח, חוסר יציבות של הגרה או סחיפת פוקוס הדורשת התערבות.
- נטר את פלטי תיקון התנועה (motion correction). התנועה הכוללת בתוך הפריים לכל סרט צריכה להיות פחות מ-10–30 Å עבור נתונים באיכות גבוהה. תנועה גבוהה ושיטתית בפריימים הראשונים היא צפויה ומטופלת; עם זאת, תנועה גבוהה הנמשכת לאורך כל הסרט (>40 Å בסך הכל) עשויה להצביע על חוסר יציבות מכנית של הבמה או על טעינה חשמלית של הדגימה ויש לבחון זאת.
- בחן את ממוצעי המחלקות הדו-ממדיים (2D class averages) ככל שהם מתעדכנים במהלך הסשן (כל 30–60 דקות). מדדים למערך נתונים באיכות גבוהה: ממוצעי מחלקות המראים מאפייני מבנה שניוני, תצפיות מרובות ומובחנות של החלקיק, והיעדר ארטיפקטים של הצטברות או אגרגציה.
- עקוב אחר מדדים הדורשים התערבות: כל החלקיקים הממוינים למחלקות 'זבל' חסרות מאפיינים (המצביעות על איכות דגימה או קרח נמוכה), היעדר מוחלט של תצפיות מסוימות (המצביע על אוריינטציה מועדפת – עשוי לדרוש אופטימיזציה של הגריד), או תפוקת חלקיקים נמוכה במיוחד לכל מיקרוגרף.
- תעד את כל התצפיות ביומן סשן מובנה. רשום: זמני התחלה וסיום של הסשן, הגדרות המיקרוסקופ והמצלמה, סיכום סטטיסטי בזמן אמת (סך הסרטים שנאספו, חלקם שעברו את מסננת ה-CTF, חלקם שעברו את מסננת התנועה, סך החלקיקים שנבחרו, הערכת מחלקות דו-ממדיות), וכל התערבות שבוצעה. יומן זה חיוני להערכת איכות רטרוספקטיבית ולדיווח על ביצועי המעבדה.
- בסיום הסשן, הפק דוח סיכום איכות נתונים. פלטפורמת העיבוד בזמן אמת מייצאת סיכום סשן באופן אוטומטי.
הערה: אפשרות נוספת להפקת סיכומים ודוחות היא שימוש בכלי AI כגון Vitreum. במתקן ה-Biomolecular Cryo-EM ב-UCSC, פלטפורמת Vitreum משמשת לניהול זרימות עבודה במעבדה ותיעוד ניסיוני. Vitreum מתעדת את שלבי הניסוי בעודם מתרחשים, אוכפת מגבלות ברמת הפרוטוקול, מאמתת את ביצוע זרימת העבודה אל מול קריטריוני איכות שהוגדרו מראש, ומספקת רשומות הניתנות לביקורת של פעילויות המעבדה. על ידי שילוב פעולות המעבדה עם תשתית מחשוב וניהול הנתונים של המתקן, הפלטפורמה ממזערת רישום ידני, משפרת את השחזוריות, מקלה על התקשורת בין צוות המתקן למשתמשים, ומאפשרת מעקב עקבי אחר ניסויים החל מהכנת הדגימה, דרך איסוף הנתונים ועד לניתוח המחשובי העוקב.
9. צינור עיבוד נתונים לאחר האיסוף
- לאחר השלמת עיבוד המקדם (preprocessing) בזמן אמת, מחסנית החלקיקים הממומיינת והנבחרת מיוצאת יחד עם הסרטים שעברו עיבוד מקדם ונבחרו.
- נתק את הפרויקט של CryoSPARC מתחנת העבודה הראשית ולאחר מכן חבר אותו מחדש לתחנת עבודה משותפת אחרת הניתנת לגישה מרחוק. פעולה זו מאפשרת פריקה מהירה והחלפה כדי להתחיל את סשן רכישת הנתונים הבא.
הערה: איסוף נתונים טיפוסי עשוי להימשך בין 1–2 ימים, וניתן לניטור קל באמצעות CryoSPARC-Live. עם זאת, שלבי עיבוד תלת-ממדיים עשויים להימשך שבועות או חודשים, ובכך הם מצדיקים את העברת הפרויקט בין תחנות עבודה ושרתי אחסון. - ב-CryoSPARC, ייצא חלקיקים ממומיינים ונבחרים מהסשן החי אל פרויקט סטנדרטי לצורך עיבוד תלת-ממדי במצב לא מקוון (offline)36.
- בצע שחזור תלת-ממדי ab initio. ב-CryoSPARC, השתמש ב-Ab Initio Reconstruction job (מומלץ להשתמש ב-3–5 מודלים ראשוניים עבור דגימות הטרוגניות). צור 1–4 מודלים ראשוניים כדי להעריך הטרוגניות מבנית.
- ברגע שערכי השחזור מספקים, בצע חילוץ מחדש של החלקיקים ללא בינוי (unbinned particles) כדי לשפר את הרזולוציה הכוללת.
- בצע זיכוך תלת-ממדי (3D refinement) באמצעות זיכוך הטרוגני (אם יש חשד לקיומן של קונפורמציות או מחלקות מרובות), ולאחריו זיכוך הומוגני עבור המחלקה הטובה ביותר. ב-CryoSPARC, השתמש ב-heterogeneous refinement ולאחריו ב-non-uniform refinement.
- החל Bayesian polishing ב-RELION13 או השתמש בתיקון תנועה (motion correction) וזיכוך CTF לכל חלקיק (ב-CryoSPARC: CTF refinement job) כדי לשפר את האות לכל חלקיק על ידי התחשבות בתנועה מושראת קרן ובדה-פוקוס של כל חלקיק, בהתאם להעדפת המשתמש. שלב זה משפר באופן שגרתי את רזולוציית המפה הסופית ב-0.2–0.5 Å. בנוסף, תיקון תנועה מבוסס-רפרנס (RBMC) ב-CryoSPARC יכול להוות אפשרות נוספת לשיפור הרזולוציה ואיכות המפה.
- אמת את המפה הסופית באמצעות הליך gold-standard Fourier shell correlation (FSC). חלק את מחסנית החלקיקים לשתי קבוצות מחצית עצמאיות, בצע זיכוך באופן עצמאי, וחשב את ה-FSC בין שתי מפות המחצית. דווח על הרזולוציה הסופית ב-FSC = 0.143.
- חשב את ה-map-to-model FSC (FSC-Q) וערכי Q-scores לאחר התאמת המודל האטומי כמדדי אימות עצמאיים37.
- בצע בנייה ואימות של מודל אטומי. השתמש ב-ModelAngelo לבנייה אוטומטית של מודל de novo ממפת הצפיפות20. זקק את המודל באמצעות real-space refinement ב-PHENIX ואמת אותו באמצעות MolProbity.
- השתמש ב-COOT35 לאחר יצירת המודל הראשוני כדי להציג את מפת הצפיפות, להתאים או לסדר קואורדינטות אטומיות, לתקן שגיאות מידול, לבנות אזורים חסרים, ולבצע אופטימיזציה למבני חלבונים, חומצות גרעין או ליגנדים. תוכנה זו מאפשרת עריכה אינטראקטיבית של שאריות, קונפורמציות של שרשראות צד, מבנים שניוניים והקצאות רצף, ולאחריה real-space refinement לשיפור ההתאמה בין המודל האטומי לצפיפות הניסויית.
- לבסוף, הפקד את המודל האטומי הסופי ב-Protein Data Bank (PDB), את מפת הצפיפות ב-Electron Microscopy Data Bank (EMDB), ואת הנתונים הגולמיים או המעובדים ב-Electron Microscopy Public Image Archive (EMPIAR).
תוצאות
תשתית IT של מתקן שיושמה בהצלחה וצינור עיבוד נתונים בזמן אמת יניבו את התוצאות הבאות שניתן לאמת בכל שלב:
רשת ואחסון
העברת נתונים פנימית בין בקר המצלמה לשרת האחסון צריכה לשמור על קצב של ≥800 MB/s (קרוב לספיקת נתונים תיאורטית של 10 Gbps) כאשר היא נמדדת באמצעות כלים כגון iperf3 או fio. ספיקת נתונים זו מספיקה כדי להעביר ערימת סרטים של 10–12 GB מהגלאי בפחות מ-15 שניות, ובכך מבטיחה שהכתיבה לאחסון לא תיצור צוואר בקבק במהלך איסוף נתוני EER במהירות גבוהה. יש לנטר מדי יום את ניצול מאגר האחסון של ZFS ואת ה-IOPS לכל מאגר; מאגרים תקינים אינם מראים VDEVs פגומים או תקולים, ומדגימים מהירויות קריאה עקביות של ≥500 MB/s עבור קריאות רציפות.
עיבוד מקדים בזמן אמת
זרימת העבודה בזמן אמת צריכה לעבד כל סרט חדש — כולל תיקון תנועה, הערכת CTF ובחירת חלקיקים — בתוך שניות מרגע כתיבתו לדיסק, ובכך לעמוד בקצב המסגרות של גלאים מודרניים, כגון TFS Falcon 4i, הפועל בקצב של 5–15 סרטים לדקה (בהתחשב בחיבורי רשת ומתגים של 10–100 Gbps). עבור סשן SPA של 24 h המייצר כ-8,000–12,000 מיקרוגרפים בהגדלה של 150,000x עם הגלאי הנבחר, על הצינור (pipeline) לספק כ-200,000–800,000 חלקיקים שנבחרו, רזולוציית התאמה חציונית של CTF של 3.0–5 Å, וסט ראשוני של ממוצעי מחלקות 2D המראים מאפיינים מבניים שניים ברורים (alpha-helices, beta-strands) בתוך 4–6 h מתחילת הסשן.
מדדי ביצועים לעיבוד דו-ממדי (2D) ותלת-ממדי (3D)
עם 4 מעבדי NVIDIA RTX 4090 GPUs לכל צומת חישוב ומערך נתונים של 500,000 חלקיקים, סיווג 2D ב-CryoSPARC (200 מחלקות, 25 חזרות) אמור להסתיים בערך תוך 30–60 דקות. שחזור 3D מסוג Ab initio מ-100,000 חלקיקים אמור להסתיים תוך 15–30 דקות. זיכוך 3D מלא של קומפלקס בגודל 300 kDa לרזולוציה קרובה לרמה אטומית דורש בדרך כלל 2–8 שעות, תלוי במספר החלקיקים וברזולוציה המיועדת. מדדי ביצועים אלו משמשים כקו בסיס לזיהוי ירידה בביצועים הנגרמת מכשלי חומרה או התנגשות במשאבים.
מדדי ביצועים של המתקן
מתקן המתפקד היטב צריך לעקוב מדי חודש אחר מדדי הביצועים המרכזיים (KPIs) הבאים: (א) אחוז זמן הפעלה של המכשירים (יעד: >90%); (ב) חלק מהסשנים שבהם פייפליין בזמן אמת (on-the-fly) פעיל מתחילת הסשן (יעד: 100%); (ג) ניצול האחסון וקצב הצמיחה שלו; (ד) מספר המשתמשים והפרויקטים הפעילים; (ה) מספר המבנים שהופקדו ל-EMDB/PDB; (ו) חלק מהסשנים המפיקים מחלקות 2D באיכות ראויה לפרסום. מדדים אלה מספקים ראיות אובייקטיביות להצלחה תפעולית ותומכים בדיווח של המתקן לגופים המממנים.
איור 1סקירה כללית של ארכיטקטורת זרימת הנתונים במתקן ה-cryo-EM. איור סכמטי של נתיב הנתונים המלא מגלא האלקטרונים ועד למבנה הסופי שהופקד. פריימים גולמיים של הסרט נכתבים מהבקר של המצלמה לאחסון NFS בעל ביצועים גבוהים באמצעות מתג רשת של המתקן במהירות 10 Gbps. צומתי מחשוב GPU מרכיבים את אותו נתיב אחסון ומתחילים בעיבוד מקדים בזמן אמת (תיקון תנועה → הערכת CTF → בחירת חלקיקים → סיווג דו-ממדי (2D classification)) בו-זמנית עם איסוף הנתונים. פלטים שעברו עיבוד מקדים ושחזורי תלת-ממד סופיים מאוחסנים באותו מאגר אחסון או במאגר אחסון משני. משתמשים מרוחקים ניגשים למשאבי המחשוב ולאחסון באמצעות VPN מוסדי ותוכנת שולחן רחוק מאושרת. העברת נתונים חיצונית מתבצעת באמצעות שירות העברה מאומת או על ידי משלוח של מדיה פיזית לאחסון. אנא לחצו כאן להצגת גרסה מורחבת של איור זה.
איור 2: טופולוגיית רשת מינימלית עבור מתקן cryo-EM קטן. כל התקני רכישת ועיבוד הנתונים — בקר המצלמה, בקר המיקרוסקופ, שרתי אחסון (קיבולת של >1 PB) ושרתי חישוב GPU (מספר N צמתים) — מחוברים באמצעות מתג רשת מנוהל מרכזי במהירות 10 Gbps (או מהירה יותר). המתג מחובר בקישור עליה (uplink) לאינטרנט/WAN המוסדי לצורך גישה מרחוק. עיבוד נתונים מרחוק וניטור מרחוק זמינים דרך האינטרנט הציבורי באמצעות VPN. קיבולת האחסון המוצגת היא מייצגת עבור מתקן עם מיקרוסקופ יחיד ו-20 משתמשים הפועל במשך 3–6 חודשים. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.
| יצרן | מודל | kVמקסימום | מקור אלקטרונים | DEDs תואמים | יישומים עיקריים | יתרונות | מגבלות/הערות |
| Thermo Fisher Scientific | Krios G4/Krios 5 | 300 kV | XFEG/CFEG | Falcon 4i, Falcon 3EC, Gatan K3/K2 | SPA, cryo-ET/STA, MicroED | פלטפורמה בסטנדרט הזהב, אוטומציה מלאה (EPU), תפוקה הגבוהה ביותר, המיטבית לרזולוציה גבוהה (<2.5 Å) | עלות הגבוהה ביותר, דורש תשתית מורכבת |
| גלאציוס 2 | 200 kV | XFEG | Falcon 4i, Falcon 4, Gatan K3 | SPA, קריו-ET, MicroED | ביצועים גבוהים בעלות נמוכה יותר, תפוס מקום קטן, נגישות גבוהה | רזולוציה סופית נמוכה יותר בהשוואה ל-300 kV | |
| Talos Arctica | 200 kV | XFEG | Falcon 3, Falcon 4, Gatan K2/K3 | SPA, קריו-ET | מוכח, חסון, נרחב בשימושו | דור קודם, פחות אוטומציה | |
| Talos L120C | 120 kV | LaB6 | Ceta CMOS (DED מוגבל) | סריקה, MicroED (מוגבל) | חסכוני, הדרכה/סריקה | אינו מתאים ל-SPA ברזולוציה גבוהה | |
| JEOL | CRYO ARM 300 II (JEM-Z300FSC) | 300 kV | CFEG | Gatan K3/K2, Direct Electron DE64 | SPA, cryo-ET/STA, MicroED | Cold FEG (קוהרנטיות גבוהה), רזולוציה מהשורה הראשונה, אופטיקה חזקה | מערכת אקולוגית פחות אינטגרטיבית |
| CRYO ARM 200 | 200 kV | CFEG | Gatan K3/K2, DE64 | SPA, קריו-ET | יחס ביצועים-עלות מצוין, יציבות גבוהה | פחות כלי אוטומציה מוכנים לשימוש (turnkey) | |
| JEM-3200FSC | 300 kV | FEG | Gatan K2/K3, DE20 | SPA, קריו-ET | בסיס מותקנים רחב, מוכח | מערכת מורשת, תמיכה בהזדקנות | |
| Hitachi High-Tech | HF8300 | 300 kV | FEG | Gatan K3/K2, DE64 (אינטגרציה מותאמת אישית) | SPA, קריו-ET | יכולת מתח גבוה, אינטגרציה גמישה | אימוץ מוגבל בביולוגיה מבנית |
| HT7800 | 120 kV | LaB6 | CMOS, DED מוגבל | סריקה, MicroED | היקף סריקה מהימן | אינו מתאים ל-cryoEM ברזולוציה גבוהה | |
| SU9000 (TEM/STEM) | 200 kV | CFEG | מכשירי זיהוי אירועים (DEDs) מוגבלים התואמים לתנאי קריו | קריו-נישה, חומרים | אופטיקה מתקדמת | אינו נפוץ לשימוש עבור SPA/ET |
טבלה 1: השוואה בין פלטפורמות cryo-TEM נוכחיות ו-DEDs מומלצים. סיכום של מכשירי cryo-TEM הזמינים מסחרית, מאורגנים לפי יצרן (ThermoFisher Scientific, JEOL, Hitachi), כולל שם הדגם, מתח האצה מקסימלי (kVmax), DEDs תואמים להפעלה קריוגנית ויישומי דימות עיקריים (SPA, STA/cryo-ET, microED). מיועד כסימוכין לתכנון; יש להיוועץ ביצרנים לקבלת מפרטים עדכניים. קיצורים: DED = direct electron detector; XFEG = extreme field emission gun; CFEG = cold field emission gun; FEG = field emission gun; SPA = single-particle analysis; cryo-ET = cryo-electron tomography; STA = subtomogram averaging; MicroED = micro-electron diffraction; TEM = transmission electron microscope; STEM = scanning transmission electron microscope.
| גלאי | ספק | מאפיינים עיקריים | השחלה טיפוסית | מקרה בוחן מיטבי |
| Falcon 4i | Thermo Fisher Scientific | מצב EER, קצב פריימים גבוה מאוד, DQE גבוה | Krios, Glacios | SPA בתפוקה גבוהה, cryo-ET |
| Gatan K3 | Gatan (AMETEK) | מצב ספירה, שדה ראייה (FOV) רחב, רזולוציה-על (super-resolution) | JEOL + Thermo | SPA (סטנדרטי) ברזולוציה גבוהה |
| Gatan K2 | Gatan | גלאי ספירה מדור קודם | מערכות מורשת | תהליכי עיבוד נתונים מובססים |
| DE64 | אלקטרון ישיר | חיישן גדול, תפוקה גבוהה | JEOL, נבחרים מ-Thermo | Cryo-ET, שדה ראייה רחב |
| אפולו | אלקטרון ישיר | קצב פריימים גבוה, תפוקה גבוהה | Krios, Glacios, JEOLs | SPA ו-microED |
טבלה 2: גלאי זרם אלקטרונים (DEDs) הזמינים כיום בשוק. סיכום של גלאי DEDs הזמינים מסחרית, מאורגנים לפי יצרן. קיצורים: EER = Electron Event Register; DQE = detective quantum efficiency; FOV = field of view; SPA = single-particle analysis; cryo-ET = cryo-electron tomography; microED = micro-electron diffraction.
| Software | Main Function | Key Features | Reference |
| RELION | End-to-end SPA processing | Bayesian refinement, classification, CTF refinement | 7, 12, 13 |
| cryoSPARC | End-to-end SPA | Fast GPU pipelines, ab initio reconstruction | 11 |
| EMAN2 | Image processing suite | Reconstruction, heterogeneity analysis (e2gmm) | 14 |
| cisTEM | SPA processing | User-friendly GUI, refinement and validation | 15 |
| SPHIRE | SPA (SPARX-based) | High-resolution refinement workflows | 16 |
| cryoDRGN | Heterogeneity analysis | Deep learning latent space reconstruction | 17 |
| Topaz | Particle picking | Deep learning-based picking | 18 |
| crYOLO | Particle picking | Real-time neural network picking | 16 |
| Warp | Preprocessing | Motion correction, CTF estimation, real-time processing | 19 |
| Model Angelo | Model building | Automated model building from maps | 20 |
| cryoET + STA | |||
| Software | Main Function | Key Features | Reference |
| IMOD | Tilt-series alignment & reconstruction | Gold standard for tomogram reconstruction | 21 |
| Dynamo | STA | Geometry-based particle picking, flexible workflows | 22 |
| emClarity | STA refinement | High-resolution STA, template matching | 23 |
| RELION (ET module) | STA refinement | Bayesian STA, integration with SPA workflows | 24 |
| EMAN2 (SPT) | STA | Subtomogram refinement tools | 14 |
| Warp/M | Preprocessing + STA | Real-time tomographic preprocessing | 19 |
| AreTomo | Tomogram reconstruction | Fast alignment and reconstruction | 25 |
| PEET | STA | Subtomogram averaging (IMOD-based) | 26 |
| PyTom | STA | Template matching, classification | 27 |
| Tomo3D | Reconstruction | Fast GPU tomogram reconstruction | 28 |
| crYOLO (3D) | Particle picking | ML-based picking in tomograms | 16 |
| AITom | AI-based analysis | Deep learning for segmentation and classification | 29 |
| MicroED | |||
| Software | Main Function | Key Features | Reference |
| DIALS | Diffraction processing | Integration of diffraction data | 30 |
| XDS | Data processing | Indexing and integration of diffraction data | 31 |
| MOSFLM | Data processing | Crystallography indexing | 32 |
| SHELX | Structure solution | Phasing and refinement | 33 |
| Phenix | Structure refinement | Automated model building | 34 |
| COOT | Model building | Manual model correction | 35 |
טבלה 3: דוגמאות לחבילות תוכנה נפוצות עבור SPA, cryo-ET, STA ו-microED. סיכום של חבילות תוכנה זמינות מסחרית ובצורה ציבורית. קיצורים: SPA = ניתוח חלקיקים בודדים; cryo-ET = טומוגרפיה אלקטרונית קריוגנית; STA = מיצע תתי-טומוגרמות; MicroED = עקיפה אלקטרונית מיקרוסקופית; CTF = פונקציית העברת ניגודיות; GUI = ממשק משתמש גרפי; ML = למידת מכונה.
| Category | Software | Type | Primary Function | Key Features / Role in Facility |
| Operating System | Linux (Ubuntu, CentOS/Rocky) | OS | Core compute environment | HPC standard, GPU support, scripting, cluster deployment |
| Operating System | Windows | OS | User interface / workstation OS | Compatibility with vendor software, remote desktop access |
| File System | ZFS | File system | Data storage & integrity | Snapshots, redundancy, data integrity (checksums), scalable storage |
| Network File Sharing | NFS | Protocol | Linux-based file sharing | High-performance sharing across compute nodes |
| Network File Sharing | SMB (CIFS) | Protocol | Cross-platform file sharing | Windows–Linux interoperability |
| Remote Access | Microsoft Remote Desktop (RDP) | Remote access | GUI-based remote control | Native Windows remote access |
| Remote Access | NoMachine | Remote access | High-performance remote desktop | Fast GPU-enabled visualization, widely used in cryoEM |
| Remote Access | TeamViewer | Remote access | Remote support/access | Easy setup, cross-platform support |
| Remote Access | VirtualGL + TurboVNC | Remote visualization | GPU-accelerated remote rendering | Essential for remote cryoSPARC/RELION visualization |
| GPU Computing | CUDA | Compute framework | GPU acceleration | Required for cryoSPARC, RELION, deep learning tools |
| Data Transfer | Globus | Data transfer | Secure large-scale transfer | High-speed, fault-tolerant data movement across institutions |
טבלה 4: רפרנס לתוכנה עבור תפעול IT ועיבוד נתונים במתקן cryo-EM. רשימת רפרנס של כלי תוכנה מרכזיים המכסים מערכות הפעלה (Linux, Windows), מערכות קבצים (ZFS), שיתוף קבצים ברשת (NFS, SMB), גישה מרחוק (Microsoft RDP, NoMachine, TeamViewer, VirtualGL/TurboVNC), מחשוב GPU (CUDA), והעברת נתונים (Globus). קיצורים: OS = מערכת הפעלה; HPC = מחשוב בעלי ביצועים גבוהים; NFS = Network File System; SMB = Server Message Block; CIFS = Common Internet File System; RDP = Remote Desktop Protocol; GUI = ממשק משתמש גרפי.
דיון
תשתית ה-IT של מתקן cryo-EM אינה נחשבת כגורם עזר משני – היא מהווה תנאי מוקדם תפעולי. מתקנים המתחילים באיסוף נתונים ללא קיבולת הולמת של אחסון, רשת ועיבוד נתונים, ניצבים תמיד בפני בחירה בין השלכת נתונים גולמיים, עצירת איסוף הנתונים, או קבלה של עיכובים של חודשים בביצוע קביעת המבנה. הפרוטוקולים המתוארים כאן נועדו למנוע תוצאות אלו על ידי הבטחה שהבסיס החישובי יתוכנן, ייבדק ויעבור תיקוף לפני פניית המשתמש הראשונה.
העיקרון החשוב ביותר בתכנון תשתיות ה-IT עבור cryo-EM הוא שיש להקצות קיבולת אחסון ורשת התואמת את תפוקת הנתונים של הגלאי, ולא את האינטואיציה ההיסטורית של מתכנן המתקן. במצב EER, הגלאי יכול לכתוב 8–12 GB לכל ערימת סרטים (movie stack); בקצב של כ-15 סרטים לדקה לאורך סשן של 24 h, הדבר מניב כ-2–5 TB של נתונים גולמיים לפני כל דחיסה. למרות שדחיסה ללא איבוד נתונים בזמן אמת (הזמינה ב-CryoSPARC-Live) יכולה להפחית זאת ב-50–70%, הרשת והאחסון חייבים להיות מסוגלים להתמודד עם קצב הכתיבה ללא דחיסה במקרה שהדחיסה מבוטלת או נכשלת. תכנון עבור קיבולת שיא, ולא עבור קיבולת ממוצעת, הוא חיוני.
עיבוד נתונים בזמן אמת (On-the-fly processing) מייצג את אחת ההתקדמויות המשפיעות ביותר בתפעול מתקני cryo-EM בשנים האחרונות. לפני שהיו זמינים נתיבי עיבוד בזמן אמת, לצוותי המתקן לא הייתה דרך אובייקטיבית להעריך את איכות הנתונים עד שעות או ימים לאחר האיסוף, כאשר בשלב זה הסשן כבר הסתיים וייתכן שרשת הדגימה כבר נזרקה. באמצעות CryoSPARC-Live, ממוצעי מחלקות דו-ממדיים (2D class averages) המראים מבנה שני בר-זיהוי יכולים להיות זמינים תוך 2–4 h מתחילת הסשן, מה שמאפשר קבלת החלטות מושכלת לגבי בחירת הרשת, התאמת פרמטרים של איסוף הנתונים, והארכה או סיום של הסשן. לולאת משוב זו היא אולי הדרך הישירה ביותר שבה תשתית IT משפרת תוצאות מדעיות.
מגבלה ידועה של זרימת עבודה בזמן אמת (on-the-fly) היא הרגישות שלה לשגיאות תצורה. גודל פיקסל שצוין באופן שגוי, התייחסות שגויה להגבר (gain reference), או ערך לא תואם של מנה לכל פריים (dose-per-frame) יופצו לאורך כל שרשרת העיבוד, ויביאו למדדי איכות מטעים ולערמות חלקיקים משובשות. לכן, אנו ממליצים על רשימת תיוג סטנדרטית לפני תחילת העבודה, המאמתת במפורש את כל פרמטרי התצורה של שרשרת העיבוד לפני תחילת איסוף הנתונים. יש להתייחס לרשימה זו כאל מסמך קריטי לבטיחות, בדומה לרשימות תיוג לפני המראה בתעופה, כפי שמתואר בספרות הרחבה יותר על ניהול מתקני cryo-EM.
הבחירה בין CryoSPARC-Live לבין RELION תלויה בסדרי העדיפויות של המעבדה. פלטפורמת העיבוד בזמן אמת מציעה ממשק אינטרנט עדיף בזמן אמת, אינטגרציה הדוקה יותר בין סביבות העיבוד המקוונת והלא-מקוונת, ותצורה פשוטה יותר עבור משתמשים שאינם מומחים. RELION מציעה שליטה דקוקה יותר בפרמטרי העיבוד והיא הפלטפורמה המועדפת עבור משתמשים הדורשים אפשרויות אלגוריתמיות ספציפיות (למשל, Bayesian polishing, אסטרטגיות סיווג תלת-ממדיות ספציפיות), בהשוואה לאסטרטגיות הסיווג התלת-ממדיות (למשל, 3DVAR או 3D-classification) הקיימות ב-CryoSPARC. מעבדות רבות מפעילות את שתי המערכות במקביל, תוך שימוש ב-CryoSPARC-Live לניטור בזמן אמת וב-RELION לקביעת המבנה הסופי.
לתשתית הגישה מרחוק ראוי להקדיש דגש מיוחד. בניסיוננו, מרבית הבעיות שדווחו על ידי משתמשים במהלך איסוף נתונים נבעו מכשלי גישה מרחוק ולא מבעיות במיקרוסקופ או בגלאים. גישה מהימנה עם שיהוי נמוך לשולחן עבודה מרחוק למיקרוסקופ ולתחנות העבודה לאיסוף נתונים אינה מותרות – היא האמצעי העיקרי שדרכו רוב המשתמשים מקיימים אינטראקציה עם המתקן. השקעה בשרתים לשולחן עבודה מרחוק המוגדרים באופן מקצועי, בדיקת הקישוריות ממיקומי משתמשים מייצגים ותיעוד ברור של הליך ההתחברות, ישפיעו באופן חיובי על חוויית המשתמש יותר מאשר השקעות רבות ויקרות יותר בחומרה.
לבסוף, יש לקבוע מדיניות לניהול נתונים ולהעבירה למשתמשים לפני תחילת פעילות המתקן. משתמשים נוטים פעמים רבות להמעיט בערכו של נפח מערכי הנתונים שלהם ולהערך יתר את משך הזמן של הקצאת האחסון שלהם. מדיניות כתובה וברורה המפרטת את תקופות השמירת של נתונים גולמיים, מכסות נתונים למשתמשים, נהלי ארכוב והחזר עלויות בגין חריגות אחסון, מגנה הן על המתקן והן על משתמשיו, ומונעת משברים תפעוליים הנובעים ממיצוי נפח האחסון בעיצומו של ניסוי.
גילויים
המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים.
תודות
המחברים מודים למתקן המיקרוסקופיה קריו-אלקטרונית ביו-מולקולרית במחלקה לכימיה וביוכימיה של אוניברסיטת קליפורניה–סנטה קרוז (RRID: SCR_021755) על תמיכה מדעית וטכנית (תוכנית המכשור המתקדם של ה-NIH, S10OD02509).
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| Krios 5 | ThermoFisher Scientific | <קישור ל-"https://www.thermofisher.com/us/en/home/electron-microscopy/products/transmission-electron-microscopes/krios-5-cryo-tem.html מיקרוסקופיית אלקטרונים בשידור / מיקרוסקופי שידור אלקטרוניים / Krios 5 Cryo-TEM Krios 5 Cryo-TEM: קביעת מבנה ברזולוציה אטומית של מקומות פעילים בחלבונים בתוך התא שגשגו למדרגה הבאה של מיקרוסקופיית קריו-אלקטרונים (cryo-EM) עם Krios 5, המיקרוסקופ שנועד להביא את התגליות שלכם לשיא חדש של דיוק ומהירות. דיוק ללא פשרות, מהירות יוצאת דופן Krios 5 מציע שילוב של טכנולוגיות מתקדמות כדי להאיץ את קצב הגילוי שלכם ולהגיע לרזולוציה הגבוהה ביותר האפשרית, גם בדגימות המאתגרות ביותר. מאפיינים מרכזיים: - אופטיקה משופרת: הגעה לרזולוציה גבוהה יותר באופן עקבי הודות למערכת עדשות משודרגת ויציבות תרמית גבוהה. - אוטומציה חכמה: תוכנה מתקדמת למיון דגימות ואיסוף נתונים מהיר, הממקסמת את זמן העבודה של המכשיר. - יעילות תפעולית: פשטות בתחזוקה ובתפעול, המאפשרת לחוקרים להתמקד בניתוח הנתונים ובמדע. - ביצועים עקביים: יציבות גבוהה לאורך זמן המבטיחה תוצאות הדירות ודיוק מרבי. הגיע הזמן להעמיק את הבנתכם במבני חלבונים ומולקולות ביו-מולקולריות בתוך סביבתם הטבעית. Krios 5 הוא הכלי המדויק ביותר למחקר ביולוגיה מבנית ברמה הגבוהה ביותר.">Krios 5 Cryo-TEM השגת רזולוציה גבוהה יותר במהירות רבה יותר ה-Krios 5 הוא מיקרוסקופ אלקטרונים בשידור (TEM) המיועד לקריו-מיקרוסקופיה אלקטרונית (Cryo-EM), המעניק ביצועים משופרים ביישור דגימות ובאיסוף נתונים, כדי להאיץ את הגעתכם למבני חלבונים ברזולוציה גבוהה. מאפיינים בולטים: * מערכת אופטית מתקדמת: אופטיקה משופרת המאפשרת רזולוציה גבוהה יותר ותמונות ברורות יותר. * איסוף נתונים מואץ: תוכנה וחומרה המבצעות אוטומציה של תהליכי היישור והצילום כדי למקסם את תפוקת הנתונים. * יציבות תרמית ומכנית: תכנון הנדסי המפחית רעידות ושינויי טמפרטורה לשמירה על איכות הדגימות. * ממשק משתמש אינטואיטיבי: שליטה קלה בתהליכי העבודה המורכבים של הקריו-מיקרוסקופיה. יישומים: * בניית מודלים של חלבונים ברזולוציה אטומית. * ניתוח מבני של קומפלקסים של חלבונים ונוקלאוטידים. * מחקרים מבניים של וירוסים וחלקיקים ננומטריים. * דימיון של תהליכים ביולוגיים במצבם הטבעי (in situ). מפרט טכני: * מתח מאיץ: 300 kV. * מערכת קירור: קריו-סטג' (Cryo-stage) לשמירה על טמפרטורות נמוכות מאוד. * מצלמה: תמיכה במצלמות Direct Electron Detector (DED) מהדור האחרון. * שיטה: Cryo-TEM (מיקרוסקופיית אלקטרונים בשידור בקירור). | מיקרוסקופ אלקטרונים חודר |
| Krios G4 | ThermoFisher Scientific | <קישור ל-"https://www.thermofisher.com/us/en/home/electron-microscopy/products/transmission-electron-microscopes/krios-g4-cryo-tem.html מיקרוסקופיה אלקטרונית, מוצרים, מיקרוסקופי אלקטרונים בשידור (TEM), Krios G4 Cryo-TEM.">https://www.thermofisher.com/us/en/home/electron-microscopy/products/transmission-electron-microscopes/krios-g4-cryo-tem.html מיקרוסקופיית אלקטרונים, מוצרים, מיקרוסקופי אלקטרונים בשידור (TEM), Krios G4 Cryo-TEM | מיקרוסקופ אלקטרונים חודר (TEM) |
| גלאציוס | ThermoFisher Scientific | <קישור ל-"https://www.thermofisher.com/us/en/home/electron-microscopy/products/transmission-electron-microscopes/glacios-cryo-tem.html מיקרוסקופיית אלקטרונים, מוצרים, מיקרוסקופי אלקטרונים בשידור (TEM), Glacios Cryo-TEM Glacios Cryo-TEM פתרון למיקרוסקופיית קריו-אלקטרונים (cryo-EM) להספק גבוה, המאפשר ניתוח של מבנים ביולוגיים ברזולוציה גבוהה בתוך סביבתם הטבעית. מאפיינים עיקריים: * ביצועים אופטימליים בבדיקות שגרתיות של קריו-TEM * תהליכי עבודה אוטומטיים להגברת היעילות והדיוק * יציבות תרמית ומכנית גבוהה לצפייה ממושכת * אינטגרציה מלאה עם מערכות העברה של דגימות קפואות יישומים: * קריו-טומוגרפיה אלקטרונית (cryo-ET) * מיקרוסקופיית אלקטרונים בשידור של דגימות קפואות (cryo-TEM) * ניתוח מבני של חלבונים, וירוסים ואברונים תאיים">https://www.thermofisher.com/us/en/home/electron-microscopy/products/transmission-electron-microscopes/glacios-cryo-tem.html מיקרוסקופיית אלקטרונים, מוצרים, מיקרוסקופי אלקטרונים חודרים (TEM), Glacios Cryo-TEM. Glacios Cryo-TEM: פתרון המיקרוסקופיה הקריוגנית המנחש עבור המעבדה. השיגיתם רזולוציה גבוהה של מבנים ביולוגיים במצב טבעי? השקיעו ב-Glacios Cryo-TEM, המיקרוסקופ המיועד לסינון דגימות, איסוף נתונים מהיר ובדיקת איכות של דגימות קריוגניות. תכונות עיקריות: - יעילות גבוהה באיסוף נתונים: תהליכים אוטומטיים המאפשרים איסוף נתונים מהיר ומדויק. - רזולוציה גבוהה: יכולת הדמיה ברזולוציה גבוהה למבני חלבונים ומקבצי מולקולות. - יציבות תרמית: שמירה על טמפרטורה קריוגנית יציבה למניעת נזקי קרינה ושמירה על המבנה הטבעי של הדגימה. - ממשק משתמש אינטואיטיבי: תוכנות מתקדמות המפשטות את תהליך ההפעלה והניתוח. יישומי קריו-TEM: - קריו-מיקרוסקופיית אלקטרונים (Cryo-EM): הדמיה של מקבצי מולקולות וחלבונים ברזולוציה אטומית. - טומוגרפיה קריוגנית (Cryo-ET): שחזור תלת-ממדי של אורגניזמים ומבנים תאיים במצבם הטבעי. למי זה מיועד? חוקרים בתחומי הביולוגיה המבנית, הביוכימיה, virology ומדעי החומרים המבקשים להשיג תמונות באיכות גבוהה מבלי להקריב יעילות זמן. | מיקרוסקופ אלקטרונים חודר |
| גלציוס 2 | ThermoFisher Scientific | <קישור ל-"https://www.thermofisher.com/us/en/home/electron-microscopy/products/transmission-electron-microscopes/glacios-2-cryo-tem.html מיקרוסקופ אלקטרונים למשמורת קפואה (Cryo-TEM) Glacios 2: פתרון אידיאלי לסינון דגימות והכנה של דגימות עבור Titan Krios">https://www.thermofisher.com/us/en/home/electron-microscopy/products/transmission-electron-microscopes/glacios-2-cryo-tem.html מיקרוסקופ אלקטרונים למשחור קריוגני (Cryo-TEM) Glacios 2 השיגו רזולוציה גבוהה וביצועים עקביים עבור מיקרוסקופיה קריוגנית במערכת המתוכננת לעבודה שגרתית. ה-Glacios 2 הוא מיקרוסקופ אלקטרונים למשחור (TEM) המותאם במיוחד עבור מיקרוסקופיה קריוגנית (Cryo-TEM), המאפשר למחקרים להגיע לרזולוציה גבוהה בצורה עקבית ומהירה. המערכת מיועדת לביצועים אופטימליים בעבודות שגרתיות של סינון דגימות, איסוף נתונים ובדיקת איכות, ובכך היא מפנה את המיקרוסקופים בעלי הרזולוציה הגבוהה ביותר למשימות קריטיות של פתרון מבנים. מאפיינים עיקריים: - אופטיקה מתקדמת לרזולוציה גבוהה: תוכנן לספק תמונות חדות וניגודיות גבוהה, המאפשרות זיהוי מדויק של חלקיקים בתוך קרח קריוגני. - אוטומציה ויעילות: מערכות אוטומטיות לניהול דגימות ותזמון, המקצרות את זמן ההמתנה ומגדילות את תפוקת הנתונים. - יציבות תרמית ומכנית: מבנה המבטיח יציבות גבוהה לאורך זמן, קריטי להשגת רזולוציה אטומית או קרובה לאטומית. - תאימות לשימוש במעבדה: עיצוב המותאם לסביבת עבודה שגרתית, עם דגש על קלות תפעול ותחזוקה. יישומים: - מבנה חלבונים ומולקולות ביולוגיות. - ניתוח ננו-מבנים של וירוסים וארגניטיים. - סריקת דגימות קריוגניות לפני העברה למיקרוסקופים ברזולוציה גבוהה יותר. מילות מפתח: מיקרוסקופיה אלקטרונית, Cryo-TEM, ביולוגיה מבנית, רזולוציה גבוהה, אוטומציה במעבדה, Glacios 2. | מיקרוסקופ אלקטרונים חודר |
| Glacios 3 | ThermoFisher Scientific | <קישור ל-"https://www.thermofisher.com/">https://www.thermofisher.com/ (הדור החדש ביותר; דף המוצר עשוי להשתנות בהתאם לאזור) | מיקרוסקופ אלקטרונים חודר |
| Talos Arctica | ThermoFisher Scientific | <קישור ל-"https://www.thermofisher.com/us/en/home/electron-microscopy/products/transmission-electron-microscopes/talos-arctica.html">https://www.thermofisher.com/us/en/home/electron-microscopy/products/transmission-electron-microscopes/talos-arctica.html מיקרוסקופ אלקטרונים למשח (TEM) Talos Arctica השג רזולוציה גבוהה באופן עקבי במיקרוסקופ Cryo-TEM שתוכנן במיוחד עבור דגימות קפואות. Talos Arctica הוא מיקרוסקופ אלקטרונים למשח (TEM) המיועד להכנה ומיון של דגימות קריו-אלקטרונים, המאפשר למחקרים להגיע לרזולוציה גבוהה במהירות ובשליטה מלאה. מאפיינים עיקריים: * מערכת אופטית המותאמת במיוחד לדגימות קפואות כדי להבטיח רזולוציה גבוהה ועקביות. * אוטומציה מתקדמת למיון דגימות ואיסוף נתונים מהיר. * יכולות דימות גבוהות המאפשרות ניתוח מבני של חלבונים ומולקולות ביולוגיות במצבם הטבעי. * תאיות קריוגנית המבטיחה שמירה על יציבות הדגימה במהלך הצפייה. יישומים: * קריו-מיקרוסקופיה אלקטרונית (Cryo-EM). * בניית מודלים של חלבונים ברזולוציה אטומית. * ניתוח מבני של וירוסים ומכניזמים תאיים. * סינון ובחירת אזורי עניין (Areas of Interest) בדגימות קפואות לפני מעבר למיקרוסקופים בעלי רזולוציה גבוהה יותר. מילות מפתח: מיקרוסקופ אלקטרונים למשח, Cryo-TEM, רזולוציה גבוהה, ביולוגיה מבנית, קריו-מיקרוסקופיה. | מיקרוסקופ אלקטרונים חודר |
| Talos L120C | ThermoFisher Scientific | <קישור ל-"https://www.thermofisher.com/us/en/home/electron-microscopy/products/transmission-electron-microscopes/talos-l120c.html מיקרוסקופ אלקטרונים למשלוח (TEM) TALOS L120C מיקרוסקופ אלקטרונים למשלוח (TEM) רב-שימושי המעניק רזולוציה גבוהה ותוצאות מהירות עבור דגימות דקות, דגימות עבות ודגימות בתוך תאי דגימה. מאפיינים מרכזיים: - רזולוציה גבוהה: תמונות ברורות וחדות המאפשרות ניתוח מדויק של מבנים ננומטריים. - רב-שימושיות: תמיכה במגוון רחב של טכניקות הכנה, כולל חיתוכים דקים ודגימות של תאים שלמים. - יעילות תפעולית: ממשק משתמש אינטואיטיבי ואוטומציה המאיצים את תהליך הרכישה של התמונה. - גמישות במיקוד: יכולות מיקוד מתקדמות להשגת עומק שדה אופטימלי. יישומים: - ביולוגיה של התא: הדמיה של אברונים, ממברנות ומבני שלד של התא. - מדעי החומרים: ניתוח של חלקיקים ננומטריים, גבישים ומבני פני השטח. - פתולוגיה: זיהוי וניתוח של שינויים תאיים ומבניים ברקמות. מפרט טכני: - מקור אלקטרונים: נשגב (Field Emission Gun) או פילמנט טונגסטן. - מתח האצה: 120 kV. - מערכת עדשות: עדשות אלקטרומגנטיות מתקדמות לתיקון סטיגמציה ומיקוד מדויק. - מערכת גילוי: גלאי CMOS רגישים למהירויות סריקה גבוהות ורעש נמוך. מילות מפתח: מיקרוסקופ אלקטרונים למשלוח, הדמיה ננומטרית, TALOS L120C, ביולוגיה מבנית, מדעי החומרים, מיקרוסקופיה אלקטרונית.">https://www.thermofisher.com/us/en/home/electron-microscopy/products/transmission-electron-microscopes/talos-l120c.html מיקרוסקופ אלקטרוני למשלוח (TEM) TALOS L120C: פתרון גמיש לניתוח דגימות ברוחב רחב ה-TALOS L120C הוא מיקרוסקופ אלקטרוני למשלוח (TEM) המציע ביצועים גבוהים, גמישות תפעולית וקלות שימוש, המיועד למעבדות המחפשות פתרון רב-תכליתי למגוון רחב של יישומים במיקרוסקופיה אלקטרונית. תכונות עיקריות: * אופטיקה מתקדמת: מערכת עדשות המבטיחה רזולוציה גבוהה וניגודיות מיטבית לדימות מדויק של מבנים ננומטריים. * גמישות בבדיקת דגימות: תמיכה במגוון רחב של סוגי דגימות, כולל דגימות דקות, חיתוכים פלסטיים ודגימות שלם-תא. * ממשק משתמש אינטואיטיבי: תוכנה ידידותית המפשטת את תהליך הכיוון, הרכישה והניתוח של התמונות. * יציבות ואמינות: תכנון הנדסי המבטיח יציבות גבוהה של קרן האלקטרונים לצורך צילומים ארוכים ומיקרוסקופיה יציבה. * תאימות לתוספות: יכולת שילוב של אביזרים נוספים להרחבת יכולות הניתוח. יישומים נפוצים: * מדע החומרים: ניתוח מבני של ננו-חומרים, גבישים ופולימרים. * ביולוגיה של התא: דימות של אורגניות, קרומים ומבני שלד של התא. * פתולוגיה: 진단 של רקמות וזיהוי פתולוגיות ברמה התת-מיקרוסקופית. * ננו-טכנולוגיה: אפיון של ננו-חלקיקים ומבנים מלאכותיים. ה-TALOS L120C משלב בין עוצמה טכנולוגית לפשטות תפעולית, מה שהופך אותו לכלי אידיאלי למחקרים אקדמיים ולפיתוח תעשייתי. | מיקרוסקופ אלקטרונים חודר |
| CRYO ARM 300 II (JEM-Z300FSC) | JEOL | <קישור ל-"https://www.jeol.com/products/scientific/tem/cryoarm300ii.php CryoARM 300 II מיקרוסקופ אלקטרוני חודר (TEM) עם יכולות קריו-אלקומטריה (Cryo-EM) מערכת CryoARM 300 II היא פלטפורמה מתקדמת למיקרוסקופיה אלקטרונית חודרת, המשלבת ביצועים גבוהים של דמגום עם יכולות קריוגניות מתקדמות, המיועדת למחקר של מבנים ביולוגיים ומواد במצבם הטבעי. מאפיינים עיקריים: - אופטיקה ברזולוציה גבוהה: תמיכה בדגימות ברזולוציה אטומית. - מערכת קריוגנית משולבת: שמירה על דגימות בטמפרטורה קריוגנית למניעת נזקי קרינה ושימור המבנה המקורי. - אוטומציה מתקדמת: מערכות מיקוד וסריקה אוטומטיות לשיפור יעילות העבודה. - יציבות תרמית ומכנית: הבטחת דיוק גבוה ורעש מינימלי במהלך הצילום. יישומים: - ביולוגיה מבנית: קביעת מבנים של חלבונים, חומצות גרעין וקומפלקסים רב-מולקולריים. - מדע החומרים: ניתוח חומרים רגישים לחום או יציבים רק בטמפרטורות נמוכות. - וירוסולוגיה: דימוי וירוסים במצבם הטבעי ללא קיבוע כימי. יתרונות טכנולוגיים: - תאי דגימה מיוחדים לקריו-TEM. - מערכת בקרה מדויקת לניהול הטמפרטורה. - תוכנה ייעודית לעיבוד תמונות וניתוח נתונים במיקרוסקופיה קריוגנית.">CryoARM 300 II מיקרוסקופ Cryo-TEM לרזולוציה אטומית מיקרוסקופ Cryo-TEM (מיקרוסקופ אלקטרוני בשימור קריוגני) המK-שולט בביצועים הגבוהים ביותר, המאפשר ניתוח של מבנים ביולוגיים ברזולוציה אטומית במישורי דגימה קפואים. תכונות עיקריות: * דיוק גבוה במיקום הדגימה: מערכת שלב קריוגנית בעלת דיוק גבוה המאפשרת מיקום מדויק של אזורי עניין בתוך הדגימה. * מערכת סינון אנרגיה (Energy Filter): שיפור ניכר בניגודיות של התמונה על ידי הסרת אלקטרונים שאינם אלסטיים, מה שמאפשר קבלת תמונות חדות יותר של מבנים ביולוגיים. * מערכת תיקון פאזה (Phase Plate): שיפור הניגודיות בתמונות במיסב נמוך, מה שמאפשר זיהוי של מבנים קטנים ובעלי ניגודיות נמוכה. * אוטומציה של איסוף נתונים: תוכנה מתקדמת לאיסוף נתונים אוטומטי, המאפשרת צילום של מספר רב של אזורים בדגימה ללא התערבות ידנית מתמדת. * יציבות תרמית ומכנית: תכנון הנדסי המבטיח יציבות מקסימלית של הדגימה בטמפרטורות קריוגניות, למניעת תזוזות וטשטוש של התמונה. יישומים: * בניית מודלים תלת-ממדיים של חלבונים (Single Particle Analysis). * ניתוח מבני של נגיפים וחלבונים מורכבים. * בדיקה של אינטראקציות בין מולקולות בתוך סביבה טבעית. * מיקרוסקופיה אלקטרונית של תאים קפואים (Cryo-ET). מפרט טכני: (ראו את דף המוצר המלא באתר JEOL לפרטים טכניים מדויקים) | מיקרוסקופ אלקטרונים חודר (TEM) |
| CRYO ARM 200 | JEOL | <קישור ל-"CryoARM 200 - מיקרוסקופ TEM קריוגני (Cryo-TEM) המערכת המתקדמת ביותר לניתוח מבנה של מקרו-מולקולות ביולוגיות במצבם הטבעי ה-CryoARM 200 הוא מיקרוסקופ TEM קריוגני המשלב טכנולוגיה מתקדמת להשגת רזולוציה גבוהה ביותר, תוך שמירה על דגימות ביולוגיות במצבם הטבעי. מערכת זו מאפשרת ניתוח מדויק של מבנים מולקולריים מורכבים ברמה אטומית, מה שמספק תובנות קריטיות למחקרים ביולוגיים ורפואיים. מאפיינים עיקריים: - אופטיקה ברזולוציה גבוהה: שימוש בעדשות מתקדמות המאפשרות ת an-טמונה ברזולוציה גבוהה במיוחד עבור דגימות קריוגניות. - מערכת קירור יציבה: שמירה קפדנית על טמפרטורות נמוכות כדי למנוע התגבשות של מי קרח ולשמור על המבנה המקורי של הדגימה. - אוטומציה מתקדמת: תוכנות למיקוד ואסוף דגימות אוטומטי, המאפשרות איסוף נתונים רב-שכבתי (Data Collection) ביעילות גבוהה. - ניגודיות גבוהה: שימוש במגברי סיגנל ובמסכי זיהוי מתקדמים לשיפור יחס הסיגנל לרעש (SNR) בדגימות ביולוגיות דקות. יישומים: - ביולוגיה מבנית: קביעת מבנה של חלבונים, חומצות גרעין וקומפלקסים רב-מולקולריים. - Virology: ניתוח מבנה של נגיפים ואינטראקציות בין נגיפים לתאים. - מחקר תאים: בחינת אברונים ומבנים תאיים במצבם המקובע (Vitrified). - פיתוח תרופות: הבנת מנגנוני קישור של תרופות למטרים חלבוניים. יתרונות המערכת: - דיוק אטומי: היכולת להגיע לרזולוציה המאפשרת בניית מודלים אטומיים של חלבונים. - יעילות זרימת עבודה: תהליכי הכנה וניתוח מהירים יותר הודות לממשקי משתמש אינטואיטיביים ומערכות בקרה אוטומטיות. - אמינות גבוהה: יציבות תרמית ומכנית המבטיחה הדירות (Reproducibility) של התוצאות. מוצרים קשורים: - מערכות הכנת דגימות קריוגניות. - תוכנות לעיבוד תמונה ובניית מודלים תלת-ממדיים (3D Reconstruction). - אביזרים להעברה בטמפרטורה נמוכה.">מיקרוסקופ אלקטרונים למסה (TEM) עם מערכת קריו-טרנספר אוטומטית: CryoARM 200 השגת תמונות ברזולוציה גבוהה של דגימות קריוגניות ללא התערבות ידנית במסגרת הניסיונות להעביר דגימות קריוגניות לתוך מיקרוסקופ אלקטרונים למסה (TEM), תהליך העברת הדגימות הוא שלב קריטי שבו קיים סיכון גבוה להתרחשות של התגבשות קרח (crystallization) עקב עליית טמפרטורה, או זיהום של הדגימה. ה-CryoARM 200 מציע פתרון המאפשר העברה אוטומטית של דגימות קריוגניות אל תוך ה-TEM, תוך שמירה על טמפרטורה נמוכה באופן עקבי, ובכך הוא מבטיח את שלמות הדגימה ומונע זיהומים. מאפיינים עיקריים: - טעינה אוטומטית של דגימות קריוגניות: המערכת מאפשרת העברה אוטומטית של דגימות מהמגזין אל תוך המיקרוסקופ, מה שמפחית משמעותית את הסיכון לעליית טמפרטורה שנגרמת על ידי מפעיל אנושי. - מניעת זיהומים: תהליך ההעברה האוטומטי והסביבה השמורה מונעים חדירת זיהומים חיצוניים לדגימה. - יעילות גבוהה: האוטומציה מאפשרת ניתוח של מספר רב של דגימות בזמן קצר, תוך שמירה על רמת דיוק גבוהה. - תאימות למערכות JEOL: המערכת מותאמת לעבודה עם דגמי TEM של JEOL, ובכך היא משלימה את זרימת העבודה במעבדה. יישומים: - ביולוגיה מבנית: הדמיה של חלבונים, וירוסים ואורגנלות תאיות במצבם הטבעי. - מדע החומרים: ניתוח של חומרים רגישים לטמפרטורה או חומרים שמעבירים מעבר פאזה. - מחקרים על דגימות קריו-KEM. יתרונות למחקר: השימוש ב-CryoARM 200 מסיר את המורכבות והסיכון הנלווים להעברה ידנית של דגימות קריוגניות, ובכך מאפשר לחוקרים להתמקד בניתוח התמונות ובשדרוג הרזולוציה מבלי לחשוש מאובדן הדגימה או פגיעה באיכותה. | מיקרוסקופ אלקטרונים חודר |
| JEM-3200FSC | JEOL | <קישור ל-"מיקרוסקופ אלקטרוני למשקף (TEM) עם תיקון סטיגמציה אוטומטי ומיקוד אוטומטי - JEM-3200FSC מיקרוסקופ אלקטרוני למשקף (TEM) רב-תכליתי המשלב יכולות המהירות והנוחות של מיקרוסקופ אלקטרוני למשקף עם יכולות הדיוק והרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרוני למשקף בעל רזולוציה גבוהה. מאפיינים עיקריים: - תפקוד מהיר וקל הודות למיקוד אוטומטי (Auto-focus) ותיקון סטיגמציה אוטומטי (Auto-stigmation). - רזולוציה גבוהה המאפשרת תצפיות מפורטות של דגימות. - מערכת בקרה ידידותית למשתמש להספק תמונה אופטימלי. - התאמה למגוון רחב של יישומים מדעיים ותעשייתיים. יישומים: - ניתוח מבנה ננומטרי. - בדיקת חומרים. - מחקר ביולוגי ומדעי חומרים. - בקרת איכות תעשייתית. מפרט טכני: - מקור אלקטרונים: נשגב (Field Emission) / טנגסטן (Tungsten). - מתח מאיץ: טווח רחב לדיוק מקסימלי. - מערכת עדשות: אופטיקה מתקדמת לתיקון עיוותים. - מערכת גילוי: גלאי CCD/CMOS לרזולוציה גבוהה. יתרונות ה-JEM-3200FSC: ה-JEM-3200FSC מתוכנן כדי לספק ביצועים גבוהים תוך הפחתת זמן ההכנה והכיוון של המכשיר, מה שמאפשר לחוקרים להתרכז בניתוח הדגימות ובגילויים מדעיים.">מיקרוסקופ אלקטרונים למשב (TEM) בעל תיקון סטיגמציה אוטומטי ומיקוד אוטומטי - JEM-3200FSC ה-JEM-3200FSC הוא מיקרוסקופ אלקטרונים למשב (TEM) בעל רזולוציה גבוהה, המצויד במערכות מתקדמות לתיקון סטיגמציה ואופטימיזציה של מיקוד באופן אוטומטי, המאפשרות השגת תמונות באיכות גבוהה במהירות ובקלות. מאפיינים עיקריים: - תיקון סטיגמציה אוטומטי: תכונה זו מבטלת את הצורך בכיוון ידני של הסטיגמטורים, ובכך מקצרת משמעותית את זמן ההכנה של הדגימה ומפחיתה את הסיכון לנזק של הדגימה עקב חשיפה ממושכת לאלקטרונים. - מיקוד אוטומטי: המערכת מבצעת אופטימיזציה של המיקוד באופן אוטומטי, מה שמבטיח רזולוציה מרבית ללא מאמץ מצד המפעיל. - רזולוציה גבוהה: מסוגל להגיע לרזולוציה גבוהה מאוד, המאפשרת תצפית על מבנים ננומטריים ברמת הדיוק הגבוהה ביותר. - גמישות ביישומים: מתאים למגוון רחב של יישומים במדעים מדויקים, ביולוגיה וחומרים. יתרונות: - יעילות עבודה: קיצור זמן התפעול והשגת תוצאות עקביות. - דיוק גבוה: צמצום טעויות אנוש בתהליך הכיוון. - שיפור באיכות הדגימה: פחות חשיפה לקרינה בזכות תהליכי כיוון מהירים יותר. מפרט טכני: - מקור אלקטרונים: נשס (Field Emission Gun) להשגת זרם יציב ורזולוציה גבוהה. - מערכת עדשות: עדשות אלקטרומגנטיות מתקדמות לתיקון עיוותים אופטיים. - מערכת בקרה: ממשק משתמש אינטואיטיבי לניהול כל שלבי התצפית. | מיקרוסקופ אלקטרונים חודר (TEM) |
| HF8300 | Hitachi | <קישור ל-"מיקרוסקופ TEM ברזולוציה גבוהה HF8300 השגת רזולוציה גבוהה וגמישות ניתוח מירבית מיקרוסקופ TEM ברזולוציה גבוהה המצויד בטכנולוגיית תיקון סטיגמציה אוטומטית ובמערכת פוקוס אוטומטית, המאפשרים תצפיות מהירות ומדויקות במיקרון ובננו-מיקרון. מאפיינים דיוק גבוה וקלות תפעול מערכת תיקון סטיגמציה אוטומטית המאפשרת התאמה מהירה של תמונות ברזולוציה גבוהה, יחד עם מערכת פוקוס אוטומטית המבטיחה דיוק מקסימלי. יכולות תצפית רחבות תמיכה במגוון רחב של שיטות תצפית, כולל תצפיות במישור והדמיות בחתך, כדי לספק מידע מקיף על מבנה החומר. אופטיקה מתקדמת עדשות בעלות ביצועים גבוהים המבטיחות רזולוציה מעולה וניגודיות גבוהה, המאפשרות זיהוי של מבנים זעירים ביותר ברמת האטום. יישומים מדע החומרים: ניתוח מבני של מתכות, קרמיקה, חומרים מוליכים למחצה וננו-מבנים. ביולוגיה של התא: הדמיה של אברוני תא, ממברנות ומבנים חלבוניים ברזולוציה גבוהה. ננו-טכנולוגיה: אפיון של ננו-חלקיקים, צינורות ננו-פחמן וחומרים דו-ממדיים. מפרט טכני מקור האלקטרונים: נשס פילמנט טונגסטן / FEG מתח מאיץ: עד 300 kV רזולוציה: ברמה אטומית מערכת ואקום: משאבות ואקום רב-שלביות מערכת גילוי: מצלמה מסוג CMOS / CCD שירות ותמיכה Hitachi High-Tech מספקת תמיכה טכנית מקיפה, התקנה מקצועית ושירותי תחזוקה להבטחת ביצועים אופטימליים של המכשיר לאורך זמן.">https://www.hitachi-hightech.com/global/he/products/microscopes/tem/hf8300.html מיקרוסקופ TEM בעל רזולוציה גבוהה HF8300 השגת רזולוציה גבוהה בשימוש קל ה-HF8300 הוא מיקרוסקופ TEM בעל רזולוציה גבוהה המשלב ביצועים מתקדמים עם תפעול פשוט, כדי לאפשר למחקרים להגיע לתוצאות רבות ויעילות יותר. מאפיינים עיקריים: - רזולוציה גבוהה: תכנון אופטי מתקדם המאפשר תצפיות ברזולוציה גבוהה של דגימות. - תפעול קל: ממשק משתמש אינטואיטיבי המפחית את העומס על המפעיל ומאיץ את תהליך העבודה. - יציבות גבוהה: מבנה מכני יציב המבטיח דיוק גבוה ותמונות נטולות רעידות. - גמישות בבדיקה: תמיכה במגוון רחב של טכניקות דימוי והניתוח. יישומים: - מדע החומרים: ניתוח מבני של ננו-חומרים, מוליכים למחצה וקרמיקה. - ביולוגיה: תצפיות על מבנים תאיים, וירוסים ומולקולות ביולוגיות. - ננו-טכנולוגיה: אפיון של ננו-מבנים ותהליכי ייצור ננומטריים. מפרט טכני: - מתח האצה: (פירוט טכני) - רזולוציה: (פירוט טכני) - מערכת עדשות: (פירוט טכני) - מערכת ואקום: (פירוט טכני) Hitachi High-Tech מציעה פתרונות מיקרוסקופיה מתקדמים המדחפים את גבולות הגילוי המדעי. | מיקרוסקופ אלקטרונים חודר |
| HT7800 | Hitachi | <קישור ל-"https://www.hitachi-hightech.com/global/en/products/microscopes/tem/ht7800.html מיקרוסקופ TEM בכישול נמוך HT7800 השילוב המושלם בין רזולוציה גבוהה, נוחות שימוש ויכולות דגימה רחבות מיקרוסקופ HT7800 הוא מיקרוסקופ בכישול נמוך (Low-kV TEM) המעניק רזולוציה גבוהה ודיוק בבדיקה של דגימות רגישות לקרינה, תוך שמירה על נוחות תפעול גבוהה. מאפיינים עיקריים: - רזולוציה גבוהה בכישול נמוך: מאפשר הדמיה ברזולוציה גבוהה גם במתחים נמוכים, מה שמפחית את הנזק מהקרינה לדגימות רגישות. - תפעול פשוט ונוח: ממשק משתמש ידידותי המאפשר הגעה מהירה לתמונות איכותיות. - ורסטיליות בדגימות: תמיכה במגוון רחב של סוגי דגימות וטכניקות הדמיה. - מערכת אופטית מתקדמת: עדשות המותאמות לעבודה במתחים נמוכים להשגת ניגודיות וחדות מקסימלית. יישומים: - מדעי החומרים: ניתוח של ננו-מבנים, חומרים פולימריים וחומרים מרוכבים. - ביולוגיה וננו-ביולוגיה: הדמיה של חלבונים, וירוסים ומבנים תאיים ללא פגיעה במבנה הדגימה. - אלקטרוניקה: בדיקה של רכיבים זעירים ומוליכים למחצה. מפרט טכני: - מתח מאיץ: טווח רחב המותאם לכישול נמוך. - מערכת ואקום: מערכת ואקום יציבה להבטחת איכות תמונה עקבית. - חיישנים: מצויד במערכות גילוי מתקדמות לתפיסת תמונה מהירה ומדויקת.">https://www.hitachi-hightech.com/global/en/products/microscopes/tem/ht7800.html | מיקרוסקופ אלקטרונים חודר |
| SU9000 (TEM/STEM) | Hitachi | <קישור ל-"מיקרוסקופ סורק עם אלקטרונים (SEM) ברזולוציה גבוהה במיוחד SU9000 דיוק גבוה במיקרוסקופיה של דגימות רגישות ואובייקטים קטנים במיוחד ה-SU9000 הוא מיקרוסקופ סורק עם אלקטרונים (SEM) בעל ביצועים גבוהים, המצויד במקור אלקטרונים מסוג Schottky FEG ובעדשה המאפשרת עבודה במתח נמוך, שנועדו לספק רזולוציה גבוהה ביותר וניגודיות מובחנת גם עבור דגימות רגישות למטען. מאפיינים עיקריים: - רזולוציה גבוהה במיוחד: השילוב של מקור Schottky FEG ועדשה מותאמת למתח נמוך מאפשר השגת רזולוציה גבוהה במיוחד, המאפשרת תצפית מדויקת על מבנים ננומטריים. - התאמה לדגימות רגישות: טכנולוגיית המתח הנמוך מצמצמת את הצטברות המטען על פני השטח של הדגימה, ובכך מאפשרת דימות של חומרים אורגניים או דגימות שאינן מוליכות ללא צורך בציפויים עבים. - גמישות בניתוח דגימות: תמיכה במגוון רחב של גילגולים של דגימות, כולל אובייקטים קטנים מאוד, הודות למערכת מיקוד ומיקום מדויקת. - איכות תמונה משופרת: מערכת זיהוי ועיבוד אותים מתקדמת המפחיתה רעשים ומגבירה את הניגודיות של התמונה. יישומים: - מדע החומרים: ניתוח מבני של חומרים ננומטריים, מוליכים למחצה וסגסוגות. - ביולוגיה ומדעי החיים: דימות של תאים, רקמות וויריוסים ברזולוציה גבוהה תוך שמירה על המבנה המקורי של הדגימה. - תעשיות אלקטרוניקה: בדיקת בקרת איכות של רכיבים זעירים ומיקרו-מעגלים. מפרט טכני: - מקור אלקטרונים: Schottky FEG - מתח האצה: טווח רחב המותאם לדגימות רגישות - רזולוציה: רזולוציה ננומטרית גבוהה במיוחד - מערכת ואקום: ואקום גבוה ליציבות מקסימלית של קרן האלקטרונים">https://www.hitachi-hightech.com/global/en/products/microscopes/sem-tem/su9000.html | מיקרוסקופ אלקטרונים חודר |
| Falcon 4i | Thermo Fisher Scientific | <קישור ל-"https://www.thermofisher.com/us/en/home/electron-microscopy/products/direct-electron-detectors/falcon-4i.html מיקרוסקופיה אלקטרונית / מוצרים / גלאים ישירים לאלקטרונים / Falcon 4i Falcon 4i: גלאי ישיר לאלקטרונים הדור הבא הגשמעת רזולוציה ומהירות במיקרוסקופיה אלקטרונית בשידור חי שדרגו את יכולות הדימוי והניתוח שלכם עם ה-Falcon 4i, הגלאי הישיר לאלקטרונים המתקדמת ביותר מבית Thermo Fisher Scientific. ה-Falcon 4i מתוכנן לספק ביצועים יוצאי דופן ב-Cryo-EM ובמיקרוסקופיה אלקטרונית של דגימות בטמפרטורת החדר, תוך דגש על מהירות, רגישות ודיוק. תכונות מרכזיות: - קצב רכישה מהיר במיוחד: מאפשר דימוי בזמן אמת וניתוח מהיר של דגימות. - רגישות גבוהה לרעש: שיפור משמעותי ביחס אות-רעש (SNR) לצורך השגת תמונות ברורות יותר במינון אלקטרונים נמוך. - תיקון תנועה מובנה: טכנולוגיה מתקדמת להפחתת טשטוש הנובע מתנועת הדגימה. - תאימות מלאה: אינטגרציה חלקה עם מיקרוסקופי ה-Titan של Thermo Fisher Scientific. - רזולוציה גבוהה: אופטימיזציה להשגת רזולוציות אטומיות במינימום זמן. יישומים: - קריו-מיקרוסקופיה אלקטרונית (Cryo-EM) - טומוגרפיה אלקטרונית (Electron Tomography) - ניתוח מבני של חלבונים וקומפלקסים ביולוגיים - אפיון חומרים ננו-מבניים השקיעו בטכנולוגיה שתקדם את המחקר שלכם לעבר גילויים חדשים.">https://www.thermofisher.com/us/en/home/electron-microscopy/products/direct-electron-detectors/falcon-4i.html מיקרוסקופיה אלקטרונית / מוצרים / גלאים ישירים של אלקטרונים / Falcon 4i Falcon 4i: הגלגול הבא של גילוי אלקטרונים הגדר סטנדרט חדש במיקרוסקופיה אלקטרונית עם Falcon 4i – הגלאי הישיר של אלקטרונים המהיר והחזק ביותר של Thermo Fisher Scientific. Falcon 4i מביא את רמת הביצועים של ה-Direct Electron Detection לשיאים חדשים. בעזרת טכנולוגיית CMOS מתקדמת, הוא מספק שילוב של מהירות, רזולוציה ודיוק, המאפשרים להשיג תמויים ברזולוציית אטום בזמן אמת ובמהירות גבוהה. יתרונות מרכזיים: * ביצועים משופרים: מהירות דגימה גבוהה יותר ורעש נמוך יותר לרכיב, מה שמאפשר איסוף נתונים יעיל יותר ואיכות תמונה משופרת. * רזולוציה גבוהה: תמיכה במיקרוסקופיה של רזולוציית אטום, מה שמאפשר ניתוח מדויק של מבנים ננומטריים. * גמישות בשימוש: מתאים למגוון רחב של יישומים, החל מ-Cryo-EM ועד למיקרוסקופיה של חומרים. * אינטגרציה חלקה: תאימות מלאה למערכות המיקרוסקופיה של Thermo Fisher Scientific, עם ממשק משתמש אינטואיטיבי. יישומים: * קריו-מיקרוסקופיה אלקטרונית (Cryo-EM): קביעת מבנה של חלבונים ומקבצים מולקולריים ברזולוציה גבוהה. * מיקרוסקופיה של חומרים: בחינה של מבנים גבישיים, פגמים במבנה וניתוח ממשקים. * דימות מהיר (Fast Imaging): מעקב אחר תהליכים דינמיים ברמה האטומית. מפרט טכני: * סוג הגלאי: CMOS Direct Electron Detector * קצב פריימים: גבוה במיוחד, המאפשר תיקון תזוזה (motion correction) מדויק * רעש: רעש קריאה מינימלי לשיפור יחס אות לרעש (SNR) * תאימות: מותאם לעבודה עם מיקרוסקופי TEM מתקדמים שדרגו את יכולות המחקר שלכם עם Falcon 4i והשיגו תובנות עמוקות יותר מהדגימות שלכם. | גלאי אלקטרונים ישיר |
| Gatan K3 | Gatan (AMETEK) | <קישור ל-"מצלמת K3-IS עבור TEM (מיקרוסקופ אלקטרונים חודר) מצלמת K3-IS המהפכנית של Gatan היא המערכת המובילה עבור מיקרוסקופיה אלקטרונית חודרת (TEM), המציעה ביצועים בלתי עשויים עבור דימות במיסוך נמוך (low-dose imaging) וספקטורוסקופיה של אלקטרונים. תכונות עיקריות: - יעילות קוונטית גבוהה: רגישות מקסימלית לזיהוי אלקטרונים לצמצום זמן החשיפה. - קצב סריקה מהיר: מאפשר תיקון של תנועת דגימה בזמן אמת ושיפור של רזולוציית התמונה. - טכנולוגיית Counting: ספירה ישירה של אלקטרונים להפחתת רעש ושיפור ניגודיות. - אינטגרציה חלקה: תאימות מלאה למערכות TEM מובילות. יישומים: - קריו-מיקרוסקופיה אלקטרונית (Cryo-EM). - ניתוח מבנים אטומיים בחומרים. - דימות של דגימות ביולוגיות רגישות לקרינה. - ספקטורוסקופיה של אלקטרונים (EELS). מילות מפתח: מיקרוסקופיה אלקטרונית חודרת, מצלמת זיהוי אלקטרונים, דימות במיסוך נמוך, קריו-EM, רזולוציית אטומית, Gatan K3.">מצלמת K3 Direct Electron Detector עם תיקון הסטה (IS) הדור הבא של גילוי אלקטרונים ב-TEM מצלמת K3 היא פריצת דרך במיקרוסקופיה אלקטרונית בלחץ גבוה (Cryo-EM), המעניקה רזולוציה גבוהה יותר ומהירות רכישה מוגברת. מאפיינים מרכזיים: - גילוי אלקטרונים ישיר: סנסור מתקדם המאפשר רזולוציה גבוהה במיוחד ויחס אות לרעש (SNR) משופר. - תיקון הסטה (Image Shift): טכנולוגיה המאפשרת רכישת תמונות ממרכז הסנסור תוך הזזת הדגם, מה שמגביר משמעותית את קצב איסוף הנתונים. - רכישה מהירה: יכולת צילום במהירות גבוהה לצורך תיקון תנועת דגימה (motion correction) וניתוח דינמי. - תאימות למערכות TEM: תואמת למגוון מיקרוסקופים אלקטרונים למשלוח (TEM) מובילים. יישומים: - קריו-מיקרוסקופיה אלקטרונית (Cryo-EM) - מיקרוסקופיה של דגימות ביולוגיות - ניתוח מבני של חומרים ברמה האטומית - הדמיה בלחץ גבוה של מקרו-מולקולות מפרט טכני: - סוג סנסור: CMOS מהיר - רזולוציה: גבוהה מאוד (Pixel size אופטימלי) - תכונות: תיקון הסטה, סכימה מהירה, תמיכה בתוכנת Gatan Microscopy Suite (GMS) מילות מפתח: מצלמה ל-TEM, גילוי אלקטרונים ישיר, Cryo-EM, תיקון הסטה, רזולוציה אטומית, Gatan K3 | גלאי אלקטרונים ישיר |
| Gatan K2 | Gatan | <קישור אל="מצלמת K2 היא מצלמת זיהוי אלקטרונים ישירה (Direct Electron Detector) מהפכנית, המתוכננת במיוחד עבור מיקרוסקופיה אלקטרונית בשימור (Cryo-EM) ומיקרוסקופיה אלקטרונית של חומרים. באמצעות שימוש בטכנולוגיית CMOS מתקדמת, מצלמת K2 מאפשרת רזולוציה גבוהה במיוחד, יעילות זיהוי משופרת ויכולת הקלטה של סרטים (Movies), המאפשרת תיקון של תזוזות דגימה שנגרמות מהפצצת אלקטרונים. תכונות עיקריות: - זיהוי ישיר של אלקטרונים: ביטול הצורך בממיר זרחן (scintillator) ובסיבים אופטיים, מה שמוביל ליחס אות-רעש (SNR) גבוה יותר ולרזולוציה משופרת. - מצב סרט (Movie Mode): הקלטת סדרת פריימים מהירה המאפשרת תיקון תזוזות (Motion Correction) וניתוח של שינויים במבנה הדגימה בזמן אמת. - יעילות גבוהה (DQE): יעילות זיהוי קוונטית גבוהה במיוחד בכל תדרי המרחב, מה שמאפשר קבלת תמונות איכותיות יותר עם מינון אלקטרונים נמוך. - גמישות תפעולית: תאימות למגוון רחב של מיקרוסקופי TEM וממשקים לניהול נתונים יעיל. יישומים: - Cryo-EM: קביעת מבנה של חלבונים ומולקולות ביולוגיות ברזולוציה אטומית. - מדע החומרים: בחינת מבנים ננומטריים, פגמים גבישיים ואנליזה של חומרים מתקדמים. - מיקרוסקופיה בטמפרטורה נמוכה: שימור דגימות רגישות לקרינה תוך השגת רזולוציית תמונה מקסימלית.">מצלמת K2 מצלמת K2 היא מצלמת זיהוי ישיר של אלקטרונים (direct electron detector) המבוססת על טכנולוגיית CMOS, המיועדת למיקרוסקופיה אלקטרונית במוך (TEM) ולמיקרוסקופיה אלקטרונית במוך עם קירור (Cryo-TEM). היא מאפשרת איסוף נתונים ברזולוציה גבוהה עם רעש נמוך, מה שמאפשר השגת תמונות ברזולוציה אטומית וניתוח מדויק של מבנים ביולוגים וחומרים. תכונות עיקריות: - זיהוי ישיר של אלקטרונים: מקטינה את הרעש ומגבירה את הניגודיות בהשוואה למצלמות CCD מסורתיות. - קצב פריימים גבוה: מאפשר הקלטת סרטי וידאו של דגימות, מה שמסייע בתיקון תזוזת דגימה (drift) וביישור תמונות. - רגישות גבוהה: מאפשרת צילום של דגימות רגישות לקרינה במינון נמוך של אלקטרונים. - שטח כיסוי רחב: מספקת שטח ראייה גדול עבור סריקות מהירות של דגימות. יישומים: - קריו-מיקרוסקופיה אלקטרונית (Cryo-EM) לבניית מודלים תלת-ממדיים של חלבונים ומולקולות. - דיפרקציה של אלקטרונים (Electron Diffraction) לניתוח מבני גבישים. - דימות ברזולוציה גבוהה של חומרים ננו-מבניים. הערכים המערכתיים של מצלמת K2 הופכים אותה לכלי מרכזי במעבדות מחקר מתקדמות המבקשות להגיע לרזולוציה הגבוהה ביותר האפשרית תוך שמירה על שלמות הדגימה. | גלאי אלקטרונים ישיר |
| אפולו | אלקטרון ישיר | <קישור ל-"https://directelectron.com/apollo/">מערכת Apollo של DirectElectron היא פלטפורמה מתקדמת לדימות אלקטרוני ברזולוציה גבוהה, המעניקה ביצועים יוצאיים במיקרוסקופיה אלקטרונית בשימור (Cryo-EM) ובניתוח חומרים. באמצעות שילוב של גלאי Direct Detection מהירים ומערכות בקרה מדויקות, ה-Apollo מאפשרת ללכוד תמונות באיכות גבוהה תוך הפחתת הנזק מהקרנה, מה שמביא לתוצאאות מיטביות בבניית מודלים אטומיים וניתוח מבני של דגימות ביולוגיות וחומרים ננו-מבניים. | גלאי אלקטרונים ישיר |
| DE64 | אלקטרון ישיר | <קישור ל-"מיקרוסקופ אלקטרונים למשלוח ופעולה (Transmission Electron Microscope) מסדרת DE-64 ה-DE-64 הוא מיקרוסקופ אלקטרונים למשלוח ופעולה (TEM) עם מתח מאיץ של 200kV, המעוצב להעניק ביצועים גבוהים ויציבות יוצאת דופן עבור מחקרים מתקדמים במדע החומרים ובביולוגיה. המערכת משלבת אופטיקה מתקדמת, מערכת ואקום אמינה וממשק משתמש אינטואיטיבי, המאפשרים הדמיה ברזולוציה גבוהה וניתוח מדויק של דגימות במיקרון ובננו-מיקרון. תכונות עיקריות: • מתח מאיץ של 200kV להשגת רזולוציה גבוהה וחדירות משופרת. • מערכת עדשות אופטית מדויקת לתיקון סטיגמציה ומיקוד אופטימי. • מערכת ואקום עמידה השומרת על יציבות הקרן לאורך זמן. • תאימות למערכות זיהוי וניתוח מתקדמות. • עיצוב ארגונומי המקל על תפעול המכשיר והחלפת דגימות. יישומים: • ניתוח מבני של ננו-חומרים וגבישים. • הדמיה של מבנים תאיים ומרכיבים ביולוגיים. • בחינת פגמים במבנה של חומרים הנדסיים. • מחקרים בתחום המיקרו-אלקטרוניקה והסמיקונדקטורים.">DirectElectron DE-64 מערכת גלאי אלקטרונים ישירים (Direct Electron Detector) בעלת ביצועים גבוהים להדמיה במיקרוסקופ אלקטרונים בשיא הרזולוציה. מאפיינים עיקריים: * רזולוציה גבוהה: תכנון מודרני להשגת רזולוציית תמונה מקסימלית. * קצב רכישה מהיר: מאפשר הקלטת סרטים (Movies) במהירות גבוהה לצורך תיקון נעתוק (motion correction). * רגישות גבוהה: אופטימיזציה לרגישות גבוהה למטרה, מה שמפחית את נזקי הקרינה לדגימות רגישות. * שדה ראייה רחב: כיסוי שטח גדול המאפשר איסוף נתונים יעיל. * תאימות: תואם למיקרוסקופי שימור (Transmission Electron Microscopes - TEM) מובילים. יישומים: * קריו-מיקרוסקופיה אלקטרונית (Cryo-EM): אידיאלי לבניית מודלים של חלבונים ומולקולות ביולוגיות ברזולוציה אטומית. * חומרים ננומטריים: בחינה של מבנים ננומטריים בעלי רגישות גבוהה לקרינה. * מחקרים מבניים: ניתוח מדויק של סבכים אטומיים ומבני גביש. טכנולוגיה: ה-DE-64 משתמש בטכנולוגיית CMOS מתקדמת המאפשרת זיהוי ישיר של אלקטרונים ללא צורך בממירים פוספוריים, מה שמוביל לשיפור משמעותי ביחס אות-רעש (SNR) ובניגודיות של התמונה. | גלאי אלקטרונים ישיר |
| RELION | מעבדה לביולוגיה מולקולרית של MRC (MRC-LMB), אוניברסיטת קיימברידג' | https://relion.readthedocs.io | חבילת תוכנה SPA |
| cryoSPARC | Structura Biotechnology | <קישור ל-"https://cryosparc.com/">https://cryosparc.com | חבילת תוכנת SPA |
| EMAN2 | Baylor College of Medicine (פותח על ידי מעבדתו של Steven Ludtke) | <קישור ל-"https://blake.bcm.edu/emanwiki/EMAN2">https://blake.bcm.edu/emanwiki/EMAN2 | חבילת התוכנה SPA |
| cisTEM | מועצת המחקר הלאומית של קנדה (פותח על ידי Tim Grant ועמיתיו) | <קישור ל-"https://cistem.org/">https://cistem.org | חבילת תוכנת SPA |
| SPHIRE | מכון מקס פלאנק לפיזיולוגיה מולקולרית ובית החולים לביילור (Baylor College of Medicine) | <קישור ל-"https://sphire.mpg.de/">https://sphire.mpg.de | חבילת תוכנה של SPA |
| cryoDRGN | אוניברסיטת פרינסטון (פותח על ידי מעבדה של Ellen Zhong) | <קישור ל-"https://cryodrgn.cs.princeton.edu/">https://cryodrgn.cs.princeton.edu | חבילת תוכנה SPA |
| טופז | בית הספר לרפואה של הרווארד (פותח על ידי מעבדת Travis Bepler) | <קישור ל-"https://github.com/tbepler/topaz">https://github.com/tbepler/topaz | חבילת תוכנת SPA |
| crYOLO | מכון מקס פלאנק לביופיזיקה | <קישור ל-"https://cryolo.readthedocs.io/">https://cryolo.readthedocs.io | חבילת התוכנה SPA |
| עיוות | מעבדה לביולוגיה מולקולרית של MRC (פותח על ידי Dmitry Tegunov) | <קישור ל-"http://www.warpem.com/">http://www.warpem.com | חבילת תוכנה ל-cryo-ET ו-STA |
| מודל אנג'לו | מעבדה לביולוגיה מולקולרית של MRC | <קישור ל-"https://www.modelangelo.org/">https://www.modelangelo.org | חבילת תוכנה עבור cryo-ET ו-STA |
| IMOD | אוניברסיטת קולורדו בולדר | <קישור ל-"https://bio3d.colorado.edu/imod">https://bio3d.colorado.edu/imod | חבילת תוכנה ל-cryo-ET ו-STA |
| דינמו | המרכז הלאומי לביוטכנולוגיהíא (CNB-CSIC) | https://www.dynamo-em.org | חבילת תוכנה ל-cryo-ET ו-STA |
| emClarity | University of California, San Francisco | <קישור ל-"https://github.com/StochasticAnalytics/emClarity">https://github.com/StochasticAnalytics/emClarity | חבילת תוכנה ל-cryo-ET ו-STA |
| RELION (מודול ET) | מעבדת הביולוגיה המולקולרית של MRC (MRC-LMB), אוניברסיטת קיימברידג' | <קישור ל-"https://relion.readthedocs.io/">https://relion.readthedocs.io | חבילת תוכנה ל-cryo-ET ו-STA |
| EMAN2 (SPT) | Baylor College of Medicine | <קישור ל-"https://blake.bcm.edu/emanwiki/EMAN2">https://blake.bcm.edu/emanwiki/EMAN2 | חבילת תוכנה ל-cryo-ET ו-STA |
| עיוות/M | מעבדת הביולוגיה המולקולרית של MRC | <קישור ל-"https://warpem.github.io/">https://warpem.github.io | חבילת תוכנה ל-cryo-ET ו-STA |
| AreTomo | אוניברסיטת סטנפורד (פותח על ידי הקבוצות של Fei Sun ו-Wah Chiu) | <קישור ל-"https://github.com/czimaginginstitute/AreTomo2">https://github.com/czimaginginstitute/AreTomo2 | חבילת תוכנה ל-cryo-ET ו-STA |
| PEET | University of Colorado Boulder | <קישור ל-"https://bio3d.colorado.edu/PEET">https://bio3d.colorado.edu/PEET | חבילת תוכנה ל-cryo-ET ו-STA |
| PyTom | מכון מקס פלאנק לביוכימיה | <קישור ל-"https://pytom.org/">https://pytom.org | חבילת תוכנה ל-cryo-ET ו-STA |
| Tomo3D | המרכז הלאומי לביוטכנולוגיה של ספרד (CNB-CSIC) | <קישור ל-"עיבוד תמונות תלת-ממדיות / טומוגרפיה תלת-ממדית">עיבוד תמונות תלת-ממדיות / טומוגרפיה תלת-ממדית | חבילת תוכנה ל-cryo-ET ו-STA |
| crYOLO (3D) | מכון מקס פלאנק לביופיזיקה | <קישור ל-"https://cryolo.readthedocs.io/">https://cryolo.readthedocs.io | חבילת תוכנה ל-cryo-ET ו-STA |
| AITom | Carnegie Mellon University | <קישור ל-"https://github.com/xulabs/aitom">https://github.com/xulabs/aitom | חבילת תוכנה ל-cryo-ET ו-STA |
| DIALS | Diamond Light Source ושותפים | <קישור ל-"https://dials.github.io/">https://dials.github.io | חבילת תוכנה ל-microED |
| XDS | מכון מקס פלאנק למחקר רפואי (פותח על ידי Wolfgang Kabsch) | <קישור ל-"https://xds.mr.mpg.de/">https://xds.mr.mpg.de | חבילת תוכנה ל-microED |
| MOSFLM | מעבדה לביולוגיה מולקולרית של MRC (MRC-LMB), אוניברסיטת קיימברידג' | <קישור ל-"https://www.mrc-lmb.cam.ac.uk/mosflm">https://www.mrc-lmb.cam.ac.uk/mosflm | חבילת תוכנה ל-microED |
| SHELX | אוניברסיטת Göttingen (פותח על ידי George M. Sheldrick) | <קישור ל-"https://shelx.uni-goettingen.de/">https://shelx.uni-goettingen.de | חבילת תוכנה ל-microED |
| Phenix | מעבדת לורנס ברקלי הלאומית (קונסורציום PHENIX) | <קישור ל-"https://phenix-online.org/">https://phenix-online.org | חבילת תוכנה ל-microED |
| Coot | מעבדת הביולוגיה המולקולרית של ה-MRC (MRC-LMB), אוניברסיטת קיימברידג' | <קישור ל-"https://www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/personal/pemsley/coot">https://www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/personal/pemsley/coot | חבילת תוכנה ל-microED |
| Linux (Ubuntu, CentOS/Rocky) | Ubuntu: Canonical Ltd.; CentOS: CentOS Project; Rocky Linux: Rocky Enterprise Software Foundation (RESF) | https://ubuntu.com / https://www.centos.org (מתוכנן למסירת תמיכה/legacy) / https://rockylinux.org | מערכת הפעלה |
| חלונות | Microsoft | <קישור ל-"https://www.microsoft.com/windows">https://www.microsoft.com/windows | מערכת הפעלה |
| ZFS | Oracle Corporation (במקור Sun Microsystems); OpenZFS מתוחזק על ידי קהילת OpenZFS | <קישור ל-"https://openzfs.org/">https://openzfs.org | מערכת קבצים |
| מערכת קבצים רשתית (NFS) | Sun Microsystems (מתוחזק כעת כסטנדרט של IETF) | <קישור ל-"https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc8881">https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc8881 | פרוטוקול |
| SMB (CIFS) | Microsoft | <קישור ל-"סקירה כללית של שרת קבצים SMB (Server Message Block) הסיכום של שרת קבצים SMB (Server Message Block) מספק מידע על פרוטוקול SMB, המשמש לשיתוף קבצים, מדפסות ופורטים של סריקה ברשת. SMB הוא פרוטוקול תקשורת המשמש לשיתוף קבצים, מדפסות ופורטים של סריקה ברשת. הפרוטוקול מאפשר למשתמשים לגשת למשאבים משותפים בשרת קבצים מרחוק. היבטים מרכזיים של SMB: SMB הוא פרוטוקול של שכבת האפליקציה שפועל מעל TCP/IP. הוא מאפשר גישה לקבצים ושיתוף של משאבים ברשת. הוא נתמך ברוב מערכות ההפעלה המודרניות, כולל Windows, macOS ו-Linux. גרסאות SMB: במהלך השנים, פרוטוקול SMB עבר מספר גרסאות כדי לשפר את הביצועים, האבטחה והיכולות שלו: SMB 1.0: הגרסה המוקדמת ביותר, שנחשבת כעת למיושנת ולא מאובטחת. SMB 2.0: הציגה שיפורים משמעותיים בביצועים ובהפחתת התקורה (overhead) של הרשת. SMB 3.0: הוסיפה תכונות מתקדמות כמו SMB Multichannel, SMB Direct ושיפורי אבטחה (הצפנה). SMB 3.1.1: הגרסה העדכנית ביותר, הכוללת שיפורים נוספים באבטחה ובביצועים. תכונות מרכזיות של SMB ב-Windows Server: SMB Multichannel: מאפשר להשתמש במספר חיבורים TCP/IP בין הלקוח לשרת כדי להגדיל את רוחב הפס ולספק גיבוי (failover). SMB Direct: תומך ב-RDMA (Remote Direct Memory Access), המאפשר העברת נתונים ישירה בין זיכרונות של שרתים שונים ללא מעורבות של מעבד ה-CPU, מה שמפחית את השיהוי (latency) ומשפר את הביצועים. הצפנת SMB: מאפשרת להצפין את התעבורה בין הלקוח לשרת כדי להגן על הנתונים מפני יירוט. Continuous Availability: תכונה המבטיחה שגישה לקבצים תישמר גם במקרה של כשל בשרת, על ידי שימוש ב-Cluster של שרתי קבצים. סיכום: שרת קבצי SMB הוא מרכיב קריטי בתשתיות רשת של ארגונים, המאפשר ניהול יעיל ומאובטח של קבצים משותפים. הבנה של גרסאות הפרוטוקול והתכונות המתקדמות שלו חיונית לאופטימיזציה של ביצועי הרשת ואבטחת המידע.">סקירה כללית של SMB בשרת קבצים שירות ה-SMB (Server Message Block) הוא פרוטוקול תקשורת שמאפשר למחשבים להשתף קבצים, מדפסות ומשאבים אחרים ברשת. ב-Windows Server, שירות ה-SMB הוא רכיב מרכזי של שרת הקבצים, המאפשר למשתמשים לגשת לתיקיות משותפות ולבצע פעולות על קבצים המאוחסנים בשרת. מאפייני מפתח של SMB ב-Windows Server: שיתוף קבצים: SMB מאפשר למשתמשים לגשת לקבצים ותיקיות המאוחסנים על שרת מרכזי, מה שמקל על ניהול הנתונים, הגיבוי והאבטחה. גישה למדפסות: באמצעות SMB, ניתן לשתף מדפסות ברשת, כך שמשתמשים מרובים יוכלו להדפיס למדפסת אחת ללא צורך בהתקנה נפרדת לכל תחנה. בקרת גישה ואבטחה: SMB משתמש בהרשאות NTFS ובהרשאות שיתוף כדי להבטיח שרק משתמשים מורשים יוכלו לגשת לנתונים מסוימים. ביצועים: גרסאות מודרניות של SMB (כגון SMB 3.x) כוללות שיפורים משמעותיים בביצועים, כולל תמיכה ב-SMB Multichannel, המאפשרת שימוש במספר כרטיסי רשת בו-זמנית להגברת רוחב הפס והגברת השרידות. גרסאות SMB: במהלך השנים, פרוטוקול SMB עבר מספר גרסאות כדי לשפר את היעילות והאבטחה: - SMB 1.0: הגרסה המקורית, שנחשבת כיום למיושנת ולא מאובטחת. מומלץ להשביתה ברוב הסביבות המודרניות. - SMB 2.0/2.1: הציגו שיפורים משמעותיים בהפחתת מספר ההודעות הנדרשות לביצוע פעולות, מה ששיפר את הביצועים ברשתות עם השהיה (latency) גבוהה. - SMB 3.0 ומעלה: הוסיפו תכונות מתקדמות כמו Encryption (הצפנה), SMB Direct (עבור RDMA) ו-Resilient Handles, המבטיחים המשכיות של חיבורים גם לאחר ניתוקים רגעים. ניהול ומימוש: ב-Windows Server, ניתן לנהל את שיתופי ה-SMB באמצעות: - Server Manager: ממשק גרפי לניהול שיתופי קבצים והרשאות. - PowerShell: מאפשר אוטומציה של יצירת שיתופים, ניהול הרשאות ומעקב אחר חיבורים פעילים. - File Server Resource Manager (FSRM): כלי המאפשר הגבלת מכסות אחסון, סינון קבצים וניהול דוחות על שימוש בדיסק. | פרוטוקול |
| שולחן עבודה מרחוק של Microsoft (RDP) | Microsoft | <קישור ל-"שירותי שולחן עבודה מרחוק">שירותי שולחן עבודה מרחוק | גישה מרחוק |
| NoMachine | NoMachine | <קישור אל="https://www.nomachine.com/">https://www.nomachine.com | גישה מרחוק |
| TeamViewer | TeamViewer SE | <קישור ל-"https://www.teamviewer.com/">https://www.teamviewer.com | גישה מרחוק |
| VirtualGL + TurboVNC | VirtualGL: פרויקט VirtualGL; TurboVNC: פרויקט TurboVNC | <קישור ל-"https://virtualgl.org/">https://virtualgl.org ו-https://turbovnc.org | גישה מרחוק |
| CUDA | NVIDIA | <קישור ל-"https://developer.nvidia.com/cuda-toolkit">https://developer.nvidia.com/cuda-toolkit | מסגרת מחשוב |
מקורות
- Cheng Y, Grigorieff N, Penczek PA, Walz T. A primer to single-particle cryo-electron microscopy. Cell. 2015;161(3):438-449.
- Kühlbrandt W. Cryo-EM enters a new era. eLife. 2014;3:e03678.
- Alewijnse B, et al. Best practices for managing large CryoEM facilities. J Struct Biol. 2017;199(3):225-236.
- Walsh RM, et al. Practices for running a research-oriented shared cryo-EM facility. Front Mol Biosci. 2022;9:960940.
- Zimanyi CM, et al. Broadening access to cryoEM through centralized facilities. Trends Biochem Sci. 2022;47(2):106-116.
- Shell E, Minari K, Serrão VHB. From Icy Specimens to Digital Insights: Integrating Sample Preparation, Data Analysis, and IT Infrastructure. In: Cryo-Electron Microscopy in Structural Biology. 2024.
- Kimanius D, Forsberg BO, Scheres SHW, Lindahl E. Accelerated cryo-EM structure determination with parallelisation using GPUs in RELION-2. eLife. 2016;5:e18722.
- Střelák D, Sorzano CÓS, Carazo JM, Filipovič J. A GPU acceleration of 3-D Fourier reconstruction in cryo-EM. Int J High Perform Comput Appl. 2019;33(5):948-959.
- Pichkur E, et al. Towards on-the-fly Cryo-Electron Microscopy data processing by high performance data analysis. J Phys Conf Ser. 2018;955:012005.
- Thompson RF, et al. Collection, pre-processing and on-the-fly analysis of data for high-resolution single-particle cryo-electron microscopy. Nat Protoc. 2019;14(1):100-118.
- Punjani A, Rubinstein JL, Fleet DJ, Brubaker MA. cryoSPARC: algorithms for rapid unsupervised cryo-EM structure determination. Nat Methods. 2017;14(3):290-296.
- Fernandez-Leiro R, Scheres SHW. A pipeline approach to single-particle processing in RELION. Acta Crystallogr D Struct Biol. 2017;73(Pt 6):496-502.
- Scheres SHW. RELION: implementation of a Bayesian approach to cryo-EM structure determination. J Struct Biol. 2012;180(3):519-530.
- Tang G, et al. EMAN2: an extensible image processing suite for electron microscopy. J Struct Biol. 2007;157(1):38-46.
- Grant T, Rohou A, Grigorieff N. cisTEM, user-friendly software for single-particle image processing. eLife. 2018;7:e35383.
- Wagner T, et al. SPHIRE-crYOLO is a fast and accurate fully automated particle picker for cryo-EM. Commun Biol. 2019;2(1):218.
- Zhong ED, Bepler T, Berger B, Davis JH. CryoDRGN: reconstruction of heterogeneous cryo-EM structures using neural networks. Nat Methods. 2021;18(2):176-185.
- Bepler T, Kelley K, Noble AJ, Berger B. Topaz-Denoise: general deep denoising models for cryoEM and cryoET. Nat Commun. 2020;11(1):5208.
- Tegunov D, Cramer P. Real-time cryo-electron microscopy data preprocessing with Warp. Nat Methods. 2019;16(11):1146-1152.
- Jamali K, et al. Automated model building and protein identification in cryo-EM maps. Nature. 2024;628(8007):450-457.
- Kremer JR, Mastronarde DN, McIntosh JR. Computer visualization of three-dimensional image data using IMOD. J Struct Biol. 1996;116(1):71-76.
- Castaño-Díez D, Kudryashev M, Arheit M, Stahlberg H. Dynamo: a flexible, user-friendly development tool for subtomogram averaging of cryo-EM data in high-performance computing environments. J Struct Biol. 2012;178(2):139-151.
- Ni T, et al. High-resolution in situ structure determination by cryo-electron tomography and subtomogram averaging using emClarity. Nat Protoc. 2022;17(2):421-444.
- Bharat TAM, et al. Advances in single-particle electron cryomicroscopy structure determination applied to sub-tomogram averaging. Structure. 2015;23(9):1743-1753.
- Zheng S, et al. AreTomo: an integrated software package for automated marker-free, motion-corrected cryo-electron tomographic alignment and reconstruction. J Struct Biol X. 2022;6:100068.
- Nicastro D, et al. The molecular architecture of axonemes revealed by cryoelectron tomography. Science. 2006;313(5789):944-948.
- Hrabe T, et al. PyTom: a Python-based toolbox for localization of macromolecules in cryo-electron tomograms and subtomogram analysis. J Struct Biol. 2012;178(2):177-188.
- de la Morena JJ, et al. ScipionTomo: towards cryo-electron tomography software integration, reproducibility, and validation. J Struct Biol. 2022;214(3):107872.
- Zhan X, Zeng X, Uddin MR, Xu M. AITom: AI-guided cryo-electron tomography image analyses toolkit. J Struct Biol. 2025;217(2):108207.
- Winter G, et al. DIALS: implementation and evaluation of a new integration package. Acta Crystallogr D Struct Biol. 2018;74(2):85-97.
- Kabsch W. XDS. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 2010;66(2):125-132.
- Battye TGG, et al. iMOSFLM: a new graphical interface for diffraction-image processing with MOSFLM. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 2011;67(Pt 4):271-281.
- Thorn A, Sheldrick GM. Extending molecular-replacement solutions with SHELXE. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 2013;69(Pt 11):2251-2256.
- Liebschner D, et al. Macromolecular structure determination using X-rays, neutrons and electrons: recent developments in Phenix. Acta Crystallogr D Struct Biol. 2019;75(10):861-877.
- Emsley P, Cowtan K. Coot: model-building tools for molecular graphics. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 2004;60(Pt 12 Pt 1):2126-2132.
- Pryor E, Kohr H, Ortiz J, Grollios F. Advancing towards a "one-button" screening solution for Cryo-EM data acquisition with Smart EPU. Struct Dyn. 2025;12(5):A86.
- Ramírez-Aportela E, et al. FSC-Q: a CryoEM map-to-atomic model quality validation based on the local Fourier shell correlation. Nat Commun. 2021;12(1):42.
הדפסות חוזרות והרשאות
