Contraste por microscopía electrónica en muestras biológicas gruesas

Área de la Ciencia:

• Microscopía electrónica
• Imágenes biológicas
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• El contraste de fase coherente y el contraste de amplitud incoherente son cruciales para obtener imágenes de muestras biológicas gruesas.
• Comprender sus contribuciones es vital para el avance de las técnicas de crio-microscopía electrónica (crio-EM).
• Las limitaciones de los métodos actuales requieren explorar modalidades avanzadas de imágenes.

Objetivo del estudio:

• Investigar las contribuciones de la fase de campo brillante coherente y el contraste de amplitud de campo oscuro incoherente para muestras biológicas gruesas.
• Para simular y comparar las capacidades de imagen de la microscopía electrónica de transmisión (TEM) y la microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM).
• Evaluar el impacto de la pérdida de energía de los electrones y el ruido en la calidad de la imagen en condiciones de dosis bajas.

Principales métodos:

• Se construyó un modelo de fago T4 para simulaciones de imágenes.
• Se utilizó un código de múltiples cortes para las simulaciones de contraste de fase TEM y STEM.
• El código de Penélope Monte Carlo simula el contraste de amplitud incoherente.
• Los espectros de pérdida de energía de electrones se midieron a partir del hielo vítreo para cuantificar las fracciones de electrones.

Principales resultados:

• Para TEM, las imágenes de contraste de fase están limitadas por los picos de pérdida de energía de electrones en muestras gruesas.
• El ruido limita significativamente la distinción de las características en crio-EM, incluso a altas exposiciones de electrones.
• STEM ofrece ventajas potenciales sobre TEM tanto para la amplitud como para el contraste de fase, especialmente más allá del límite de fase débil.

Conclusiones:

• La imagen STEM es prometedora para las características de imagen en muestras biológicas gruesas (por ejemplo, fagos en hielo de 1 μm) con ángulos de recolección optimizados.
• Se sugieren altas tensiones de aceleración (alrededor de 700 keV) para un contraste óptimo.
• Los hallazgos contribuyen a optimizar las técnicas de microscopía electrónica para imágenes biológicas de alta resolución.