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Bildgebung und Datenauswertung

Für die elektronenmikroskopische Strukturforschung sind die Cryo-EM Methoden äußerst wichtige Entwicklungschritte zur Aufklärung funktioneller biologischer Zusammenhänge. Es gibt zum einen das Cryo-REM, damit lässt sich prinzipiell nur die Oberfläche von vitrifizierten Proben darstellen. Die Cryo-TEM bzw. Cryo-Tomographie (CET) dagegen erlaubt die Detailaufnahme der 3D-Ultrastuktur nativer, gefrorener Proben. Wobei mittels Sub-Tomogram Averaging und 3D-Segmentierung bzw. Rendering anschließend die 3D-Struktur visualisiert wird. Eine weitere Methode ist die Einzelpartikelanalyse („single particle analysis“; SAP) hier werden hunderttausende hochaufgereinigte Molekülkomplexe oder Viren in allen Achsenrichtungen aufgenommen und einem Mittelungsverfahren (averaging) unterzogen. Durch diese mathematische Rekonstruktion können Strukturen bis zu 3 Angströn aufgelöst werden. Das heißt also mit Hilfe von speziellen Mittelungverfahren lässt sich das Signal-zu-Rauschverhältnis sowie die Auflösung der nicht-kontrastieren biologischen Phasenobjekte (organische Proben sind transparent) deutlich erhöhen. Diese Verfahren benötigen allerdings enorme Datenverarbeitungsleistung. Mittlerweile helfen Weiterentwicklungen wie die Phasenplatte bei der Steigerung des Kontrastes.

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