Трехмерная электронная микроскопия и спектроскопия

Содержание

Общие сведения

Уникальный комплекс оборудования «Трехмерная электронная микроскопия и спектроскопия» (УНУ 3D-ЭМС) позволяет исследовать с высоким разрешением структуру и функции биологических наночастиц, таких как макромолекулы, субклеточные органеллы, а также миниатюрные организмы. Комплекс оборудования является уникальным, так как позволяет проводить комплексные исследования трехмерной структуры и химического состава биологических объектов с получением реконструкций макромолекул и клеточных органелл методами электронной томографии и анализа единичных частиц. Аналогичные исследования в России на данный момент не ведутся, в Европе существуют подобные центры электронной микроскопии нанообъектов: Micron, NeCen.

Год создания – 2016

Руководитель работ:
академик М.П.Кирпичников

Направления научных исследований, проводимых на УНУ:

Исследование с высоким разрешением структуры и функций биологических наночастиц, таких как макромолекулы, субклеточные органеллы, а также миниатюрные организмы.

Перечень оборудования с указанием производителя, содержащий наименование и основные характеристики приборов

В состав комплекса входит аналитический просвечивающий криоэлектронный микроскоп JEM-2100 (JEOL), оснащенный режимом STEM и прямым детектором электронов, а также высокоразрешающий аналитический сканирующий электронный микроскоп JSM 6380LA (JEOL) и комплекс приборов для пробоподготовки и обработки полученных данных, а также Лазерный конфокальный сканирующий мультифотонный микроскоп с регистрацией длительности возбужденных состояний (FLIM).

1) Аналитический просвечивающий криоэлектронный микроскоп JEM-2100

Является многофункциональным трансмиссионным электронным микроскопом, который сочетает высококачественную оптическую систему с передовой системой управления для автоматизации сбора данных. Высокая производительность данного прибора предоставляет возможности для решения широкого спектра задач в области изучения структуры нано-биообъектов. Усовершенствованная система управления микроскопом позволяет использовать эффективно использовать аналитические методы энергодисперсионной спектроскопии (EDS) и спектроскопии характеристических потерь энергии электронов EELS для получения пространственных карт химического состава биологических препаратов. В JEM-2100 установлен высокостабильный гониометр, специально настроенный для томографических приложений, допускающих большой диапазон наклонов образца. JEM-2100 имеет трехконденсорную оптику с очень гибкой и многофункциональной настройкой, что позволяет реализовать в рамках одного прибора несколько различных экспериментальных методик. Конденсорная минилинза и система JEOL Alpha позволяют работать в полностью параллельном калиброванном электронном луче. Данный прибор оснащен высокоэффективными электронными детекторами, в том числе детектором прямого обнаружения электронов, что позволяет работать с образцами, крайне чувствительными к электронному лучу. В сочетании с криотрансферным держателем и специально настроенным комплексом ПО для автоматизации сбора данных данный прибор используется для проведения экспериментов с использованием метода анализа единичных частиц в криоэлектронной микроскопии. Для замораживания образцов используется методика витрификации препаратов в жидком этане, в результате которой препарат оказывается заключен в тонком слое аморфного льда. Данная методика реализуется с помощью установки для витрификации Leica EM GP2, входящая в состав УНУ.

2) Высокоразрешающий аналитический сканирующий электронный микроскоп JSM 6380LA

Имеет ускоряющее напряжение до 30 кВ. Разрешающая способность микроскопа — 3 нм в режиме регистрации вторичных электронов. Также микроскоп может работать в режиме регистрации обратно-рассеянных электронов и оснащен детектором EDS для энергодисперсионного рентгеновского анализа поверхности препаратов. Имеется режим низкого вакуума для изучения биологических образцов.

3) Сканирующий электронный микроскоп Thermo Fisher Scientific Quattro S

Электронный источник – катод Шоттки, диапазон ускоряющих напряжений 0.2-30 кВ. Прибор позволяет проводить морфологическую характеристику широкого спектра биологических образцов, исследовать препараты в нативной форме с помощью режима естественной среды, а также получать локальную информацию об элементом составе объектов с помощью энергодисперсионной спектроскопии. Данный прибор оборудован системой работы в естественной среде ESEM, которая позволяет исследовать препараты в низком вакууме в диапазоне давлений 10-4000 Па. Это позволяет изучать биологические препараты без специальной пробоподготовки, искажающей структуру поверхности объектов: высушивания и напыления токопроводящих слоев. Кроме того, возможность гибко настраивать температуру охлаждаемого столика и остаточное давление паров воды, можно исследовать гигроскопические свойства живых систем. Этот прибор также имеет возможность работать при низких ускоряющих напряжениях с дополнительным торможением луча (Beam Deceleration), что позволяет существенно уменьшить нежелательное накопление поверхностного заряда. В комбинации с детектором обратно рассеянных электронов Beam Deceleration позволяет получать высококонтрастные изображения контрастированных биологических препаратов и их срезов.

4) Оборудование для пробоподготовки (прибор для замораживания образцов, приборы для напыления образцов, для обработки сеток в тлеющем разряде, ультрамикротомы)

Вычислительные мощности для обработки полученных результатов и построения трехмерных реконструкций (вычислительная высокопроизводительная параллельная кластерная система «BIOSIM» с теоретической пиковой производительностью 416 GFlop/s). Уникальные возможности комплекса оборудования были в 2020 г. значительно расширены в результате проведенной модернизации при поддержке Минобрнауки РФ (Соглашение №075-15-2019-1653).

5) Мультифотонный конфокальный лазерный сканирующий микроскоп FLIM.

Регистрация сигнала в режиме детектирования единичных фотонов в ответ на 150 фс вспышку света. Комплект из гальваносканера, контроллера и адаптера (FLIM система DCS-120, Becker&Hickl) в составе комплекса флуоресцентного микроскопа (Nikon Eclipse), параметрического генератора фемтосекундных лазерных импульсов TOPOL (Avesta Ltd., Россия), системы время-коррелированного счета фотонов SPC-150, и двух детекторов единичных фотонов HMP-100-40 (Becker&Hickl). Установка является уникальной системой для получения функциональных изображений микроскопических объектов в мультифотонном режиме. Система позволяет визуализировать флуоресцирующие объекты в режиме регистрации времен жизни флуоресценции, что в совокупности с перестройкой длины волны возбуждения (680-1000 нм) обеспечивает возможность исследовать широкий круг микроскопических объектов. Также возможно получение изображений в режиме однофотонного возбуждения за счет одновременного использования двух охлаждаемых пикосекундных диодных лазеров (BDS-SM-473-LS-101, BDS-SM-640-LS-101 и объединителя пучков O-LAS-COMBINER-4 (Becker&Hickl, Германия)). Предусмотрен режим работы PLIM для регистрации длительности люминесценции, а также PIE для регистрации единичных молекул.

Лазерный конфокальный сканирующий мультифотонный микроскоп с регистрацией длительности возбужденных состояний (FLIM)

6) Лазерный спектрометр для импульсного флеш-фотолиза.

Используется для изучения кинетик фотоиндуцируемых процессов, сопровождающихся изменениями интенсивности флуоресценции. Накачка образца может осуществляться с помощью наносекундного лазера OPO-BBO (Solar, Беларусь), а зондирование с помощью излучения фемтосекундного лазера TOPOL (Авеста, Россия) в комплекте с блоками второй и четвертой гармоники. Регистрация сигнала осуществляется в режиме время-коррелированного счета фотонов с пико-, нано-, микро и миллисекундным временным разрешением. Возможность спектрального разрешения достигается за счет использования монохроматора ML-44 (Solar, Беларусь) или интерферометра GEMINI (Nireos, Италия)

7)Низкотемпературный криостат с детекторами единичных фотонов

Гелиевый оптический криостат замкнутого цикла является уникальной разработкой Российской компании «Scontel». Данное техническое решение объединяет возможности сверхпроводниковых детекторов единичных фотонов чувствительных в видимой и ИК области и конфокальной лазерной сканирующей микроскопии в режиме FLIM, а также системы поддержания температуры для оптической время-разрешенной спектроскопии. Криостат может быть использован для измерения спектрально-временных характеристик объектов в диапазоне температур дот 2.7 до 330 К.

Перечень оказываемых типовых услуг

Предоставление времени на просвечивающем микроскопе JEM2100 (час)
Предоставление времени на просвечивающем микроскопе JEM2100 с элементным анализом (час)
Предоставление времени на сканирующем микроскопе JSM-6380 (час)
Предоставление времени на приборе Leika GP2 automatic plunge freezer для проведения пробоподготовки для просвечивающей криоэлектронной микроскопии (час)
Автоматизированный сбор данных для анализа единичных частиц с помощью метода просвечивающей криоэлектронной микроскопии (час)
Скрининг витрифицированных образцов методом просвечивающей криоэлектронной микроскопии с контролем дозы облучения образца (час)
Сканирующая электронная микроскопия высокого разрешения с возможностью элементного анализа (час)
Предоставление времени на конфокальном лазерном сканирующем микроскопе FLIM в однофотонном режиме (час)
Предоставление времени на мультифотонном конфокальном лазерном сканирующем микроскопе FLIM (час)
Анализ распределений времен жизни флуоресценции (час)

Порядок расчета стоимости нестандартных услуг

Научные исследования и экспериментальные разработки с использованием научного оборудования УНУ могут предоставляться на безвозмездной основе.
Порядок расчета стоимости нестандартных услуг определяется индивидуально в соответствии с техническим заданием. При формировании стоимости нестандартной услуги учитываются затраты на расходные материалы, оплата труда операторов научного оборудования, затраты на услуги сервисных центров по обслуживанию научного оборудования, прочие накладные расходы на содержание научного оборудования. Ввиду характера выполняемых на базе УНУ научно-исследовательских работ, обладающих комплексными требованиями к расходным материалам, трудозатратам, срокам и объемам работ, а также к сопутствующим накладным расходам, стоимость таких работ оценивается индивидуально.

Перечень имеющихся методик/методов выполнения измерений

3-Д реконструкция (томография)
Визуализация (микросьемка)
Элементный анализ (микроанализ)
Витрификация биологических препаратов (пробоподготовка)
Автоматизированный сбор данных в SerialEM
Криоэлектронная микроскопия витрифицированных образцов
Измерение кинетик затухания флуоресценции образцов в кюветах и/или под микроскопом
Послойное сканирование образцов в режиме FLIM с последующей 3D реконструкицией
Измерение мгновенных спектров (зависимость интенсивности от времени и длины волны) флуоресценции
Оценка эффективности энергетических взаимодействий и расстояний в парах донор-акцептор (FRET)
Измерение кинетик релаксации анизотропии флуоресценции образцов, оценка эффективности флуоресцентного мечения
Измерение температурных зависимостей в диапазоне от 2.7 до 330 К
Измерение кривых плавления для оценки стабильности образцов
Измерение абсолютного квантового выхода
Измерение фотостабильности образцов

Форма заявки

Сведения о календарной загрузке оборудования за 2024 год

Наменование оборудования	Пользователи	Время использования, часов
JEM-2100	Подразделения МГУ	708
JEM-2100	Внешние пользователи	165
JSM-6380LA	Подразделения МГУ	750
QuattroS	Подразделения МГУ	685

План работы УНУ

Наменование оборудования	План использования на 2024 год, часов
JEM-2100	750
JSM-6380LA	690
QuattroS	550

Документы

Контактная информация

Телефон: (495)-939-27-76
Почта: lembio@list.ru

Адрес: Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 32.