日本电子发布新型冷冻电镜JEM-3300：速度、操作、通量全面升级

仪器信息网讯1月22日，日本电子株式会社(JEOL Ltd.) 总裁兼首席运营官Izumi Oi宣布将于2021年1月推出一款新型冷场发射低温电子显微镜(cryo-EM)——CRYO ARM™300 II (JEM-3300)。此款新型冷冻电镜基于“快速、易于操作、获得高对比度和高分辨率图像”的理念而开发。

产品开发背景

近年来，利用冷冻电镜进行单颗粒分析(SPA)分辨率的显著提高使单颗粒分析成为蛋白质结构分析的重要方法。为了应对这一市场需求，日本电子在2017年推出了CRYO ARM™300，配备了提高分辨率的冷场发射枪(Cold FEG)，及用于装载多个样本的低温台，为单颗粒分析持续提供一流的分辨率。

然而，以往冷冻电镜单颗粒分析过程中，样本筛选和图像数据的采集是相互独立的操作流程，因此需要多台电子显微镜来实现。这一问题给冷冻电镜用户带来巨大的运营成本。因而，用户需要一款能够在一台设备上即可实现从样本筛选到图像数据采集的整个工作流程的冷冻电镜。此外，为了让各类用户都能使用冷冻电镜，让新手和专业用户都能顺利操作显微镜，还需要提高冷冻电镜的易用性。

此背景下，为满足以上需求，日本电子开发出一种新型冷冻电镜——CRYO ARM™300 II。与之前的CRYO ARM™ 300相比，此款冷冻电镜可进行高质量数据的快速采集、操作简便，并在通量方面有大幅提升。

主要特点

1. 通过最佳电子束控制实现高速成像

为支持从样本筛选到图像数据采集的整个工作流程，提高图像数据采集的吞吐量至关重要。在CRYO ARM™300 II中，样品台的精确移动与优异的电子束移动性能相结合，用于高速数据采集。

该系统具有出色的电子束控制性能，即使在电子束发生偏移的情况下，也能最大限度地减少引起彗差的电子束倾斜

每天拍摄的显微照片数量

此外，独特的“Koehler mode”照射模式允许均匀电子束照射到样品的特定位置，从而能够从更小的区域获得更多的图像信息。这些新技术使得CRYO ARM™300 II的吞吐量是CRYO ARM™300的两倍甚至更高。

Koehler mode”照射模式没有干涉条纹，消除了电子束对不用于成像区域的损害，并允许您从更小的区域获得更多的图像

2. 提高了高质量图像采集的硬件稳定性

在执行单颗粒分析时，尽管获取大量图像可以提高吞吐量，但这还不够。需要从少量的图像中重建高分辨率的数据，这是通过高图像质量来实现的。为此，CRYO ARM™300 II配备了一种新型冷场发射枪(cold FEG)。该FEG此前已被配置到2020年发布的高端原子分辨率分析电子显微镜GRAND ARM™2中。与GRAND ARM™ 2类似，这种新型冷场发射枪产生高度稳定的探针电流。CRYO ARM™300 II还配备了新的柱内 Omega 能量过滤器，具有出色的稳定性。这种新的冷场发射枪和新的Omega能量滤波器使用户能够获得超高的信噪比图像。

3. 系统升级后可操作性更高

CRYO ARM™300 II包括各种系统改进。显微镜配备了新的JADAS (JEOL低温电子显微镜自动数据采集系统)软件(升级至第4版)，用于执行单颗粒分析。此JADAS 4软件针对新手用户开发，为数据采集提供了更好的可操作性。新的Omega滤波器采用了自动自我调整系统，以减少日常维护。

该冷冻电镜的样品台具有良好的位置再现性。即使用户在显微镜柱和样品存储之间来回传输样品，仍然可以使用整个样品网格(全局图)的初始低倍图像。在数据采集的短暂停止期间，也可以停止图像数据采集并快速筛选样本网格。

自动标本交换系统的特点是可存储多达12个样品。样品网格可以在数周或更长的时间内保持清洁，且样品不会受冰污染。

JADAS 4系统界面流程

无污染的样品储存和移除，栅格可保持清洁数周或更长时间

主要参数

相关电镜图赏析

GroEL

GroEL structure at 1.98 Å resolution achieved by only 504 micrographs, a dramatic improvement from 3.1 Å resolution from 1,883 micrographs in a previous study. (as of Oct. 26, 2020 at EMDB)

Data courtesy of Dr. Junso Fujita at Osaka University

Hemoglobin

Cryo-electron micrograph (left), 3D density map (center) and fitted atomic model (right) of human hemoglobin obtained by high speed data collection, 850 movies per hour.

Specimen courtesy of Dr. Miki Kinoshita at Osaka University

Photosystems I

2.5 Å resolution maps of the photosystem I trimer from Acaryochloris marina viewed from the stromal side perpendicular to the membrane plane (left) and from the side of the membrane plane (right).

Data courtesy of Dr. Koji Yonekura at RIKEN, Spring-8 Center.

Catalase

Electron diffraction pattern of a thin catalase crystal acquired with Omega filter showing clear diffraction spots visible to ~2.1 Å along the diagonal axis.

Data courtesy of Dr. Koji Yonekura at RIKEN, Spring-8 Center.

Exosome

Cryo-electron tomogram of isolated exosomes with a hole-free phase plate. The tomogram was obtained from micrographs of -60° to +60° tilt range at 2° steps.

Specimen courtesy of Dr. Naoomi Tominaga at National Cancer Center Research Institute and The University of Tokyo.