Methodenartikel

Fundamentele Technische Elementen van Freeze-fractuur / Freeze-ets in Biological Electron Microscopy

33.7K weergaven

DOI:

10.3791/51694

11 september 2014

In dit artikel

Samenvatting

Basistechnieken en verfijningen van freeze-fractuur verwerking van biologische monsters en nanomaterialen voor onderzoek door transmissie elektronenmicroscopie worden beschreven. Deze techniek is een aangewezen methode voor het onthullen ultrastructureel functies en specialisaties van biologische membranen en voor het verkrijgen van Ultrastructureel dimensionale en ruimtelijke gegevens in materials sciences en nanotechnologie producten.

Samenvatting

Freeze-fractuur / vries-ets beschrijft een proces waarbij exemplaren, meestal biologisch of nanomateriaal in de natuur, zijn bevroren, gebroken, en gerepliceerd naar een carbon / platinum "cast" bestemd voor onderzoek door transmissie elektronenmicroscopie genereren. Specimens worden onderworpen aan ultrasnelle vriessnelheden, vaak in aanwezigheid van cryoprotectieve middelen voor ijskristalvorming beperken latere breken van het model in vloeibare stikstof gekoelde temperaturen onder hoog vacuüm. De resulterende gebroken oppervlak wordt gerepliceerd en gestabiliseerd door verdamping van koolstof en platina vanuit een hoek die oppervlak verleent driedimensionale detail aan de cast. Deze techniek is bijzonder verhelderend voor het onderzoek van de celmembranen en hun specialisaties bewezen en heeft aanzienlijk bijgedragen aan het begrip van cellulaire vorm aan verwante celfunctie. In dit rapport geven we een overzicht van de eisen instrument en technisch protocol voor het uitvoeren vanbevriezen-breuk, de bijbehorende nomenclatuur en de kenmerken van breukvlakken, variaties op de klassieke procedure en criteria voor de interpretatie van de freeze-fractuur beelden. Deze techniek is op grote schaal gebruikt voor ultrastructurele onderzoek in veel gebieden van de celbiologie en houdt belofte als een opkomende beeldvormende techniek voor moleculaire, nanotechnologie en materiaalkunde studies.

Inleiding

Het concept en de praktische toepassing van freeze-fractuur verwerking van biologische monsters werd een eeuw geleden geïntroduceerd door Steere 1 meer dan de helft. De vroege apparaat toegeëigend ongelijksoortige onderdelen in een werkende zelfstandige unit 1. De oorspronkelijke inrichting werd aangepast en verfijnd tot commercieel beschikbare instrumenten om de kritische behoefte aan externe manipulatie, het onderhoud van hoog vacuüm tegemoet te komen, en de verdamping van koolstof en metalen om een replica geschikt is voor onderzoek door transmissie elektronenmicroscopie (Figuur 1 en Figuur produceren

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1 Voorbereiding van biologische monsters voor Freeze-fractuur / Freeze-etch

  1. Gebruik een conventionele EM fixeermiddel formulering zoals 2% glutaaraldehyde + 2% paraformaldehyde in 0,1 M fosfaatbuffer gedurende 1 uur. primaire fixatie van biologisch weefsel uitvoeren. OPMERKING: Hoewel het wenselijk om een ​​aantal soorten van specimens bevriezen zonder voorafgaande fixatie kunnen zijn, universele bloed overgebrachte ziekteverwekkers voorzorgsmaatregelen mandateren geschikte fixatie waar het specimen bestaat uit menselijk weefsel.
  2. Volgende primaire fixatie, spoel het model in dezelfde buffer aangevuld met 0,2 M sucrose voor niet meer dan 1 uur.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Het belangrijkste uitgangspunt van freeze-fractuur afbeelding interpretatie is dat breukvlakken passeren de lipide dubbellaag membranen verlenen twee fractuur gezichten, riep volgens afspraak de PF-face (plasma fractuur-face) en EF-face (extracellulaire fractuur-face) (Figuur 3). De PF-face is helft van de membraan lipide dubbellaag grenzend aan het cytoplasma van de cel en de EF-gezicht helft van de membraan lipide dubbellaag naast het extracellulaire milieu. De vries-breuk techniek is bijzonder bruikb.......

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

In de jaren na de invoering ervan en de commerciële beschikbaarheid, freeze-fractuur / etch procedures werden op grote schaal gebruikt voor het onderzoeken van de biologische membraan structuur. Inderdaad, de beste perspectieven van een aantal van de structurele specialisaties van membranen is verkregen in freeze-fractuur / etch voorbereidingen. Deze studies niet alleen bijdragen tot begrip van de structurele organisatie van de membranen maar ook ontvangen inzichten in structuur en functie zijn verbonden.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteur heeft niets te onthullen.

Dankbetuigingen

Deze presentatie werd ondersteund door een Clinical Innovator Award aan JLC van het Flight Attendant Medical Research Institute en door de United States Environmental Protection Agency. Hoewel het onderzoek dat in dit artikel wordt beschreven geheel of gedeeltelijk is gefinancierd door de United States Environmental Protection Agency via een samenwerkingsovereenkomst CR83346301 met het Center for Environmental Medicine, Asthma, and Lung Biology aan de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill, is het niet onderworpen aan de vereiste collegiale en beleidsbeoordeling van de Agency en weerspiegelt daarom niet noodzakelijkerwijs de standpunten van de Agency en er ma....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Balzers Freeze-fracture/freeze-etch plantBalzersBAF400T
Standaard buffersdiverse leveranciers
Standaard aldehyde fixatiemiddelendiverse leveranciers
Natriumdichromaatdiverse leveranciers
Zwavelzuurdiverse leveranciers
Weggebruiksartikelen voor Platinum/Carbon verdampingTechnotrade International
Vloeibare stikstofdiverse leveranciers
Propaandiverse leveranciers
Weggebruiksartikelen voor elektronenmicroscopieElectron Microscopy Sciences
Transmissie-elektronenmicroscoopCarl Zeiss Inc.

Referenties

  1. Steere, R. L. Electron microscopy of structural detail in frozen biological specimens. J Biophysic and BiochemCytol. 3, 45-60 (1957).
  2. Pinto da Silva, P., Branton, D. Membrane splitting in freeze-etching. Covalently bound ferritin as a membrane mar....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Monsterpreparatieultrasnelle vriestechniekvloeibare stikstofkoolstof platina replicatietransmissie elektronenmicroscopiecelmembranenmoleculaire arrays

Gerelateerde artikelen