美國的研究人員開發了一項提升電子顯微鏡性能的技術。來自伯克利實驗室和加州大學伯克利分校的物理學家所採用的新技術，提供了對生物學及疾病理解至關重要的小分子和細胞結構的詳細影像。他們將相位對比技術應用於冷凍電子顯微鏡（cryo-EM），其放大倍率約為光學顯微鏡的 10,000 倍。這種基於激光的相位板能夠產生當前尖端的冷凍電子顯微鏡系統難以捕捉到的清晰分子影像。
研究團隊表示，這項新技術的實現得益於超過 15 年的理論和實驗工作，涉及領先的顯微鏡科學家、專業機械師的合作以及 Biohub 的支持。相位板與 Thermo Fisher Scientific 開發的新型顯微鏡配合使用，旨在最大限度地發揮該板的超亮激光的優勢。根據新聞稿，系統拍攝的影像清晰度和細節顯著提高，結構解決軟件能夠處理這些影像，以生成更準確的分子原子模型。
新技術顯著提升電子顯微鏡影像解析度
加州大學伯克利分校的物理學教授及伯克利實驗室生物科學領域的科學家霍爾格·穆勒（Holger Müller）表示：「Theia 顯微鏡是顯微鏡中的方程式一號。即使沒有激光，其解析度也優於標準的冷凍電子顯微鏡。隨著激光相位板的加入，我們希望它能成為世界上最好的儀器之一。」他補充道：「以前，使用冷凍電子顯微鏡研究結構就像試圖在黑暗的畫廊中觀賞畫作。使用 Theia，就如同第一次開亮燈光。」
團隊展示了系統的強大，通過成像腺醇酶（aldolase），這是一種肌肉中的蛋白質，現今的冷凍電子顯微鏡相對容易捕捉，還有攜氧血紅蛋白（hemoglobin）。血紅蛋白是一種較小的蛋白質，位於當前機器的下限，經常被用作冷凍電子顯微鏡性能的基準。激光相位板在兩種情況下均提高了蛋白質結構的解析度，但對血紅蛋白的提升更為明顯。穆勒表示：「我們從較大且準備非常良好的顆粒，到準備不佳的挑戰性小顆粒，涵蓋了整個光譜。
當然，樣品越好，對於頂級顯微鏡的重要性就越小，但在最具挑戰性的樣品中，我們看到了最強的改善。」
目前該系統已安裝在加州大學伯克利分校，團隊正致力於擴展顯微鏡的功能，超越單顆粒分析，進行一種稱為冷凍電子層析（cryo-ET）的新技術。冷凍電子層析與醫院的 CT（計算機斷層掃描）相似，能夠將分子或細胞結構的不同角度視圖組合成 3D 影像。根據新聞稿，冷凍電子層析將顯著提升科學家研究細胞過程的能力，因為它能夠捕捉細胞內分子在自然狀態下的影像，與單顆粒冷凍電子顯微鏡不同，並提供比光學顯微鏡更高的解析度。
