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Hess 实验室

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研究目标
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我们的目标是理解和超越生物成像的挑战。
有两个程序描述了这一努力:
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I.三维超分辨率光学显微镜: iPALM & CLEM

IPALM:大多数生物问题是三维的。然而,大多数原始超分辨率显微镜方法仅在侧平面上具有高分辨率,并且在轴向 (z-) 方向上具有较差的分辨率。我们开发了一种干涉型光活化定位显微镜 (iPALM),即光活化定位显微镜 (PALM) 与单光子同时多相干涉法的结合,提供了具有最佳分子特异性的 sub-20-nm 3D 蛋白质定位。观看视频关于手掌是如何被发明的个人故事哈拉尔德 · 赫斯Eric Betzig

CLEM:相关的光学和电子显微镜 (CLEM) 很有吸引力,因为它利用了两种显微镜技术,这两种技术提供了非常不同和非常互补的信息。通过结合光学显微镜 (LM) 和电子显微镜 (EM),人们能够在全局结构的背景下实现蛋白质特异性定位。我们开发了不同相关的光学超分辨率和电子显微镜方法,为各种类型的生物问题和样品配置进行了优化。

二、大体积的高通量电子显微镜: 3D FIB-SEM

3D FIB-SEM:大体积的各向同性高分辨率成像为推进连接组学和细胞生物学研究提供了前所未有的机会。传统的聚焦离子束扫描电子显微镜 (FIB-SEM) 提供了独特的优势,如高分辨率 (x,y 和 z <10 nm), 和强大的图像对准神经元过程的优越跟踪。然而,它在成像速度和持续时间上的普遍缺陷限制了最大可能的图像体积。在这里,我们开发了一种创新的定制解决方案,克服了这些障碍,为 3D FIB-SEM 成为连接组学的主流成像解决方案铺平了道路。我们已经成功地加快了图像采集,并通过大量的稳定控制、监控和自动化技术提高了系统的可靠性。这些改进使连续成像体积从 10 扩大了超过 4 个数量级。 3Μ m 3到 3x10 7Μ m 3,同时保持 8x8 nm 3体素分辨率,系统无缝运行多年。世界上最大的连接体是通过我们增强的 FIB-SEM 平台产生的,在这个平台上,卓越的 z 分辨率能够自动跟踪神经元过程,并减少了耗时的人工校对工作。更高的分辨率进一步改善了对其他模糊细节的解释。几乎所有的细胞器都可以通过 4nm 体素分辨率的全细胞成像进行分辨和分类。我们以这种分辨率对整个哺乳动物细胞进行常规成像,以研究各种细胞器之间的密切联系。此外,在整个细胞水平上启用的新的 CLEM 应用程序可以很容易地探测细胞生物学问题,否则这些问题很难解决。在体积 EM 成像创新的前沿,增强型 FIB-SEM 技术推动了图像采集能力和系统可靠性的发展,提供了一种适用于大容量连接组学和细胞生物学的新型封装。

果蝇半脑带 8x8 nm3体素分辨率,由两个增强的 FIB-SEM 系统通过 13 个热刀标签产生。我们如何使 FIB-SEM 系统用于大容量成像的描述可以在Xu 等人。2017;Xu 等人。2019

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在人类 (也包括动物) 的漫长历史中,那些学会了最有效地合作和即兴创作的人占了上风。
查尔斯 · 达尔文
(1809-1882)

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