Электронная томография - Electron tomography

Основной принцип томографии: наложение свободных томографических сечений S1 и S2 по сравнению с проецируемым изображением P

Электронная томография (ЭТ) это томография методика получения детальных 3D структуры субклеточный макромолекулярный объекты. Электронная томография является продолжением традиционных просвечивающая электронная микроскопия и использует просвечивающий электронный микроскоп для сбора данных. В процессе работы луч электроны проходит через образец с возрастающими градусами вращения вокруг центра целевого образца. Эта информация собирается и используется для построения трехмерного изображения цели. Для биологических приложений типичное разрешение систем ET[1] находятся в 5–20 нм диапазон, подходящий для исследования надмолекулярных мультибелковых структур, но не вторичных и третичная структура индивидуального белок или же полипептид.[2][3]

BF-TEM и ADF-STEM томография

В области биологии светлое поле просвечивающая электронная микроскопия (BF-TEM) и TEM высокого разрешения (HRTEM ) являются основными методами визуализации для получения серии наклона томографии. Однако есть две проблемы, связанные с BF-TEM и HRTEM. Во-первых, получение интерпретируемой трехмерной томограммы требует, чтобы интенсивность проецируемого изображения монотонно изменялась в зависимости от толщины материала. Это условие трудно гарантировать в BF / HRTEM, где в интенсивности изображения преобладает фазовый контраст с возможностью множественных инверсий контраста с толщиной, что затрудняет различение пустот от включений высокой плотности.[4] Во-вторых, передаточная функция контрастности BF-TEM - это, по сути, фильтр верхних частот - информация на низких пространственных частотах значительно подавляется, что приводит к преувеличению резкости. Однако техника кольцевого темного поля растровая просвечивающая электронная микроскопия (ADF-STEM), который обычно используется на образцах материалов,[5] более эффективно подавляет фазовый и дифракционный контраст, обеспечивая интенсивность изображения, изменяющуюся в зависимости от предполагаемой массы и толщины образцов, вплоть до микрометров для материалов с низкой атомный номер. ADF-STEM также действует как фильтр нижних частот, устраняя артефакты усиления границ, характерные для BF / HRTEM. Таким образом, при условии, что особенности могут быть разрешены, томография ADF-STEM может дать надежную реконструкцию подлежащего образца, что чрезвычайно важно для ее применения в материаловедении.[6] Для 3D-изображений разрешение традиционно описывается Критерий Кроузера. В 2010 году 3D-разрешение 0,5 ± 0,1 × 0,5 ± 0,1 × 0,7 ± 0,2 нм было достигнуто с помощью одноосной томографии ADF-STEM.[7] Недавно было продемонстрировано атомное разрешение в реконструкциях трехмерной электронной томографии.[8][9] ADF-STEM томография недавно была использована для прямой визуализации атомной структуры винтовых дислокаций в наночастицах.[10][11][12][13]

Различные способы наклона

Самыми популярными методами наклона являются одноосный и двухкоординатный методы наклона. Геометрия большинства держателей образцов и электронных микроскопов обычно исключает наклон образца на полный диапазон 180 °, что может привести к артефактам при трехмерной реконструкции мишени.[14] Благодаря использованию наклона по двум осям артефакты реконструкции уменьшаются в раз по сравнению с одноосевым наклоном. Однако необходимо сделать вдвое больше изображений. Другой метод получения серии наклона - это так называемый метод конической томографии, при котором образец наклоняется, а затем поворачивается на полный оборот.[15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Р. А. Кроутер; Д. Дж. ДеРозье; А. Клуг (1970). «Реконструкция трехмерной структуры по проекциям и ее применение в электронной микроскопии». Proc. R. Soc. Лондон. А. 317 (1530): 319–340. Bibcode:1970RSPSA.317..319C. Дои:10.1098 / rspa.1970.0119.
  2. ^ Франк, Иоахим (2006). Электронная томография. Дои:10.1007/978-0-387-69008-7. ISBN  978-0-387-31234-7.
  3. ^ Мастронарде, Д. Н. (1997). «Двухосевая томография: подход к методам совмещения, сохраняющим разрешение». Журнал структурной биологии. 120 (3): 343–352. Дои:10.1006 / jsbi.1997.3919. PMID  9441937.
  4. ^ Bals, S .; Kisielowski, C.F .; Croitoru, M .; Тенделоо, Г. В. (2005). «Кольцевая томография темного поля в ПЭМ». Микроскопия и микроанализ. 11. Дои:10.1017 / S143192760550117X.
  5. ^ B.D.A. Левин; и другие. (2016). «Наборы данных о наноматериалах для продвижения томографии в сканирующей просвечивающей электронной микроскопии». Научные данные. 3 (160041): 160041. arXiv:1606.02938. Bibcode:2016НатСД ... 360041Л. Дои:10.1038 / sdata.2016.41. ЧВК  4896123. PMID  27272459.
  6. ^ Мидгли, П.А.; Вейланд, М. (2003). «3D электронная микроскопия в физических науках: развитие Z-контраста и томографии EFTEM». Ультрамикроскопия. 96 (3–4): 413–431. Дои:10.1016 / S0304-3991 (03) 00105-0. PMID  12871805.
  7. ^ Xin, H.L .; Ercius, P .; Hughes, K. J .; Engstrom, J. R .; Мюллер, Д. А. (2010). «Трехмерное изображение поровых структур внутри диэлектриков с низким κ». Письма по прикладной физике. 96 (22): 223108. Bibcode:2010ApPhL..96v3108X. Дои:10.1063/1.3442496.
  8. ^ Ю. Ян; и другие. (2017). «Расшифровка химического порядка / беспорядка и свойств материалов на одноатомном уровне». Природа. 542 (7639): 75–79. arXiv:1607.02051. Bibcode:2017Натура.542 ... 75л. Дои:10.1038 / природа21042. PMID  28150758.
  9. ^ Scott, M. C .; Chen, C.C .; Мекленбург, М .; Zhu, C .; Xu, R .; Ercius, P .; Dahmen, U .; Regan, B.C .; Мяо, Дж. (2012). «Электронная томография с разрешением 2,4 Ангстрема» (PDF). Природа. 483 (7390): 444–7. Bibcode:2012Натура.483..444S. Дои:10.1038 / природа10934. PMID  22437612.
  10. ^ Chen, C.C .; Zhu, C .; White, E.R .; Chiu, C. Y .; Scott, M. C .; Regan, B.C .; Marks, L.D .; Huang, Y .; Мяо, Дж. (2013). «Трехмерное изображение дислокаций в наночастице с атомным разрешением». Природа. 496 (7443): 74–77. Bibcode:2013Натура 496 ... 74C. Дои:10.1038 / природа12009. PMID  23535594.
  11. ^ Мидгли, П.А.; Дунин-Борковский, Р. (2009). «Электронная томография и голография в материаловедении». Материалы Природы. 8 (4): 271–280. Bibcode:2009НатМа ... 8..271М. Дои:10.1038 / nmat2406. PMID  19308086.
  12. ^ Ercius, P .; Weyland, M .; Мюллер, Д. А .; Жиньяк, Л. М. (2006). «Трехмерное изображение нанопастек в медных межсоединениях с использованием некогерентной томографии в светлом поле». Письма по прикладной физике. 88 (24): 243116. Bibcode:2006АпФЛ..88x3116E. Дои:10.1063/1.2213185.
  13. ^ Li, H .; Xin, H.L .; Мюллер, Д. А .; Эстрофф, Л. А. (2009). «Визуализация трехмерной внутренней структуры монокристаллов кальцита, выращенных в гидрогелях агарозы». Наука. 326 (5957): 1244–1247. Bibcode:2009Научный ... 326.1244Л. Дои:10.1126 / science.1178583. PMID  19965470.
  14. ^ B.D.A. Левин; и другие. (2016). «Наборы данных о наноматериалах для продвижения томографии в сканирующей просвечивающей электронной микроскопии». Научные данные. 3 (160041): 160041. arXiv:1606.02938. Bibcode:2016НатСД ... 360041Л. Дои:10.1038 / sdata.2016.41. ЧВК  4896123. PMID  27272459.
  15. ^ Zampighi, G.A .; Файн, Н; Zampighi, L.M .; Cantele, F; Lanzavecchia, S; Райт, Э. М. (2008). «Коническая электронная томография химического синапса: многогранные клетки прикрепляют везикулы к активной зоне». Журнал неврологии. 28 (16): 4151–60. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.4639-07.2008. ЧВК  3844767. PMID  18417694.