冷冻ty8天游线路检测中心显微镜的使用具有挑战性
~软质材料的新进展~

采访 17

国立大学法人筑波大学
生存动力学研究中心
原田绫香，助理教授

自从开发者获得2017年诺贝尔化学奖以来，“冷冻ty8天游线路检测中心显微镜”以惊人的速度传播，已经成为分析生物体分子精细结构不可或缺的工具。 2022 筑波大学生存动力学研究中心
CRYO ARM™ 300 作为该团队的一部分

随着优势逐渐为人所知
冷冻ty8天游线路检测中心显微镜观察已扩展到新领域

助理教授 Ayaka Harada 于 2021 年 9 月抵达 TARA，因其使用 X 射线晶体学进行结构生物学研究的经验而被选中，并被分配共同操作 CRYO ARM™ 300 II。
刚开始运行时，来自公司和其他大学的大多数测量请求都是对生物样品（例如与药物发现相关的蛋白质）进行单颗粒分析。随着微观结构分析的结果变得越来越广泛，许多研究人员开始意识到冷冻ty8天游线路检测中心显微镜的优势，它允许在真空中极低的温度下观察含水样品，这与传统的 SEM 和 TEM 不同，后者在室温下真空下观察裸样品。

因此，他们开始收到以前只能使用 SEM 或 TEM 观察干燥样本的公司和其他组织的询问，询问“冷冻ty8天游线路检测中心显微镜能否拍摄自然状态下样本的美丽图像？”
“当我们第一次开始使用它时，我们正在对蛋白质进行单粒子分析，但最终我们开始收到进行材料分析的公司的询问，要求我们分析软材料，例如与化妆品相关的脂质和头发。到目前为止，我们只有 SEM 图像，但有了冷冻ty8天游线路检测中心技术，就需要使用显微镜来拍摄新的、有影响力的图像。我很紧张，因为我以前从未观察过样品，但通过将样品加工得很薄并将其正确放置在网格上，我能够获得清晰的图像，事实证明冷冻ty8天游线路检测中心显微镜也适合观察软材料的结构！

成功拍摄到软质材料的精细内部结构！

世界上充斥着使用冷冻ty8天游线路检测中心显微镜获得的蛋白质精细结构图像，但让我们看一下实际图像，看看当我们使用高端型号冷冻ty8天游线路检测中心显微镜观察软材料时，我们会看到什么样的图像。

通过冷冻ty8天游线路检测中心显微镜观察脂质纳米颗粒的图像

*图片由日本美纳德化妆品有限公司提供

这是使用 CRYO ARM™ 300 II 从一家公司引进的化妆品材料中提取的脂质纳米颗粒拍摄的图像。我们能够抑制因干燥和染色而导致的变形，并在接近液体的状态下观察脂质纳米颗粒的原始形状和内部结构。

利用冷冻ty8天游线路检测中心显微镜观察毛发损伤的精细结构

*图片由 Nissan Arc Co, Ltd 提供

内部含有水分的头发也是可以利用冷冻ty8天游线路检测中心显微镜优势的观察对象。上图是应一家公司的要求而创建的，该公司之前曾使用 TEM 观察过干燥状态下的头发，并希望看到头发保持水分时的结构。
在所有图像中，没有迹象表明结构因干燥或固定而塌陷或损坏，并且可以清楚地看到内部的精细结构，例如角质层的细胞膜复合物和大纤维中的孔洞。

冷冻ty8天游线路检测中心显微镜观察的口红（油基样品）

*图片由 Nissan Arc Co, Ltd 提供

这是口红的观察图像。在口红中，蜡状晶体形成卡片屋结构，空隙中含有油和颜料。涂抹时结构的光滑程度关系到涂抹的感觉，所以我们用冷冻ty8天游线路检测中心显微镜观察了卡屋的精细结构，看看它们是如何堆叠的。该结构不会因ty8天游线路检测中心束损伤而塌陷，并且可以看到规则的重叠晶体，这表明即使在含有油或软成分的样品中，也可以在抑制变形的同时观察到内部结构和成分分布。
随着人们越来越清楚冷冻ty8天游线路检测中心显微镜对于观察软材料的微观结构是有效的，测量的数量迅速增加。

冷冻ty8天游线路检测中心显微镜揭示了工业的需求

随着我们不断通过上述项目与企业交换意见，行业所寻求的东西逐渐变得清晰起来。和以前一样，当然需要对蛋白质和病毒进行单粒子分析，但随着冷冻ty8天游线路检测中心显微镜的普及，观察软材料原始状态下的微小内部结构的潜在需求已经凸显出来。世界上有很多人想要看到传统 SEM 或 TEM 无法看到的东西。
类似的事情似乎也在 TARA 之外发生，例如同一筑波地区的国家材料科学研究所 (NIMS)。
“我们收到了越来越多来自意想不到领域的询问这是我最新的个人主题，但有人问我是否可以观察粘土类矿物的悬浮液。我很惊讶它终于进入了地球科学领域！然而，由于它是一种水基物质，因此似乎可以使用传统的单粒子分析方法对其进行观察。我有点兴奋，因为我可能能够使用冷冻ty8天游线路检测中心显微镜从这样的一个领域发现一种新的科学方法意外的咨询。”

尝试使用图像分析自动执行形状量化

在刚刚开始的使用冷冻ty8天游线路检测中心显微镜对软材料的观察中，目前的情况是测量成功处于“我们能够捕获显示微小内部结构的单一引人注目的图像”和“我们能够确认外观趋势，表明存在许多我们想要的形状。”
与此同时，观察到的网格中经常包含的形状是否以相同的方式存在于整个样本中？它占观察到的总图像的百分比是多少？原田助理教授觉得有必要从这个角度提高软材料的观察精度。

*图片由日本美纳德化妆品有限公司提供

“当我们拍摄一张显示良好形状的图像时，我们希望自动分析该形状占整个网格图像的百分比。利用拍摄从单粒子分析获得的数千张图像的技术，我们拍摄软材料的图像并评估它们的分布。事实上，我认为能够自动量化特定形状将是一个好主意。由于引入的软材料样本通常包含多种材料，因此能够量化每种形状将很有用。
例如，脂质体通常与引入药物的脂质体一起使用，但当用冷冻ty8天游线路检测中心显微镜观察时，可以通过形状区分内部引入药物的脂质体和空的脂质体。如果能够通过一次拍摄大量图像来自动分析药物引入效率，我感觉它会很受欢迎。我还想接受自动化此类图像分析的挑战。 ”

与外部大学以及 SEM 和 TEM 用户的合作是关键

我们向正在研究冷冻ty8天游线路检测中心显微镜在软材料上的新应用的原田助理教授询问了他的努力成败的关键。
“嗯，我认为这将涉及与大学外部的合作。
例如，与拥有许多ty8天游线路检测中心显微镜并处理多种材料的 NIMS 合作，应该对双方都有许多积极的方面。如果我们与使用SEM和TEM进行观察的研究人员合作，观察NIMS丰富的材料，并进一步积累有关冷冻ty8天游线路检测中心显微镜优势的知识，我们应该能够创造一个不仅对生物学研究人员而且对材料领域的人们都易于使用的环境。
此外，我们希望通过与 AIST 和 KEK 等研究机构的合作，并作为筑波地区的一部分，确立对软材料观察的立场，从而使自己与其他冷冻ty8天游线路检测中心显微镜设施区分开来。”

软材料观察的问题是样品制备

最近测量需求迅速增加的燃料电池催化剂层中的离聚物分散在溶液中，因此可以将其嵌入薄冰层中，使用冷冻ty8天游线路检测中心显微镜进行观察，类似于蛋白质的单颗粒分析。
另一方面，观察固体样品似乎在样品制备方面存在一些传统单颗粒分析中不存在的困难。上面显示的油、头发和口红是含有一些水分的固体，因此需要将它们冷冻，然后切成薄片。然后，必须将其放置在网格上，在低温下运输至冷冻ty8天游线路检测中心显微镜，并装入盒中。如果在运输过程中温度升高，样品将被损坏并且无法进行测量。固体样品和蛋白质在后续的测量和分析过程中没有太大区别。
换句话来说，目前最大的挑战是样品制备，即如何冷冻固体样品，然后将其顺利切成薄片，并在低温下装入冷冻电镜中。
``我们目前观察的固体样品是切成薄片并从其他设施运来的。如果我们不改善这里的样品处理环境，就很难大声说出“在TARA，我们也观察到软材料！”
使用离子束将冷冻样品切成薄片的设备（例如 JEOL 的 Cryo FIB）可以与 JEOL 的 CRYO ARM™ 300 一起使用。
在这方面，我认为与筑波地区的校外组织（包括 NIMS）合作非常重要。筑波大学自己引进昂贵的设备可能很困难，但我认为如果在整个筑波都实施的话也许是可能的。
不过，我不能依赖别人，所以我正在制定各种策略，尽管我不太擅长（笑）。”

推动筑波项目解决问题

作为一名研究人员，您可能认为您只是希望附近的研究机构能够提供冷冻 FIB，但 Harada 的风格是通过您可以采取的行动来表达您的想法，以实现您的愿望。
4月份，他与NIMS的软材料研究人员合作，申请了为期一年的预研究项目，主题为“利用冷冻ty8天游线路检测中心显微镜对材料系统进行微观结构分析（暂定）”。
“如果我成功入选这个项目，我想首先使用冷冻ty8天游线路检测中心显微镜观察使用 TEM 清晰观察到的每一个样品，以了解 TEM 和冷冻ty8天游线路检测中心显微镜之间的确切差异。然后，基于我通过观察积累的知识，我想接受挑战，获得和管理更大的竞争性研究资金。在这个过程中，我有一个秘密的野心，如果我们能够引进材料加工设备就像筑波地区的cryo-FIB一样，我们将能够通过说“筑波是软材料的去处”来区分自己（笑）
我个人希望致力于建立一个“高通量冷冻电镜平台”，用于软材料的高效结构分析。我们的主要目标是建立一个集样品制备、观察和图像分析于一体的分析流程，并最终将其作为通用结构分析平台在社会中实施，可供研究具有在溶液或潮湿条件下起作用的结构的材料（例如软材料）的研究人员日常使用。 ”

我想关注 Ayaka Harada 助理教授的未来活动，她是一位敏锐的研究人员，从高角度研究 SEM、FIB 处理和冷冻ty8天游线路检测中心显微镜的不同技术，并让周围社区参与进来，使 TARA 中心脱颖而出，探索新的科学方法。

＜筑波大学TARA岩崎实验室＞

TARA“结构生命科学研究岩崎项目”的负责人岩崎贤二教授主持了此次活动。结构生物化学技术可以对引起软组织肿瘤的分子进行结构分析，并使用尖端冷冻ty8天游线路检测中心显微镜 (JEOL CRYO ARM™)。

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