孙飞团队与合作者实现积分差分相位衬度成像技术(iDPC-STEM)在生物树脂超薄切片样品中的应用
日期:2022-02-15 浏览次数:2003
来源:大屯路15号
近期,中国科学院蛋白质科学研究平台生物成像中心与赛默飞世尔科技公司(Thermo Fisher Scientific) 合作在 Journal of Structural Biology 杂志在线发表了题为“Imaging biological samples by integrated differential phase contrast (iDPC) STEM techniqu”的文章,报道了一种新型的扫描透射电镜成像技术-积分差分相位衬度成像(integrated differential phase contrast)在生物样品中的应用,这是该技术在生物树脂超薄切片中的首次探索。
图为STEM成像过程示意图和TEM、iDPC-STEM图像
近年来,积分差分相位衬度成像(iDPC)技术应运而生,其成像的理论基础是会聚束衍射花样的质心在样品的不同区域会发生移动,移动的方向和振幅与样品的投影内势的分布具有线性相关性。利用分区探头,在STEM模式下对样品进行扫描,获得花样质心在X,Y两个方向的移动数据,进一步对其进行二维积分就可以获得近似描述样品投影内势分布的图像。目前这一技术在材料领域已经实现了对氧/氮等轻元素的直接成像,以及在低剂量(1000 e-/Å2)下对电子束敏感的金属有机骨架实现原子分辨的成像,使得对电子束敏感材料的成功研究成为可能。文章中,研究者首次将iDPC-STEM技术应用于化学固定和树脂包埋的生物组织切片样品中,研究了不同的电子剂量,不同的染色条件,不同的样品厚度下TEM和iDPC-STEM图像衬度和信噪比的差异。在电子剂量为1 e-/Å2,3 e-/Å2, 6 e-/Å2,10 e-/Å2, 20 e-/Å2 和40 e-/Å2时,通过与常规TEM图像比较,发现相同的电子剂量条件下iDPC-STEM不仅显示了更好的衬度,而且在极低剂量的条件下,在分子水平上iDPC-STEM可以展示更多的结构细节。研究者还尝试了不同的染色条件,分别为切片样品常规染色和去除后染色中的铅染和铀染,结果显示在更少的染色条件下,iDPC-STEM获得了更好的衬度、更高的信噪比(SNR)和超微结构细节。对于厚样切片,研究者选用了200 nm,400 nm和600 nm三种不同的切片厚度,发现iDPC-STEM对于厚样品尤其有利,原因在于iDPC-STEM中避免了TEM中的衬度反转抵消效应以及非弹性散射和多重散射产生的噪音的影响,通过调整焦深,完全保留了结构细节与样本的衬度。
图为低剂量,减少染色和厚样品时TEM和iDPC-STEM的图像,以及TEM、ABF-STEM、iDPC-STEM信噪比对比图