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.

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 с 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) В состав комплекса входит оборудование для пробоподготовки (прибор для замораживания образцов, приборы для напыления образцов, для обработки сеток в тлеющем разряде, ультрамикротомы) и 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).

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)

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

Форма заявки

Сведения о календарной загрузке оборудования за 2018 год

Наменование оборудования	Пользователи	Время использования, часов
JSM-6380LA	Подразделения МГУ	554
JSM-6380LA	Другие	8
JEM-2100	Подразделения МГУ	440

План работы УНУ

Наменование оборудования	План использования на 2019 год, часов
JSM-6380LA	550
JEM-2100	450

Документы

Контактная информация

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

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