【摘要】 对于透射电子层析成像，在不同的倾斜角度下对剖面进行倾斜和成像，从而将剖面内的结构投影到不同的方向上。

结构细胞生物学的一个主要要求是在研究中的细胞器需要在三个维度上可视化，以获得对结构-功能关系的全面了解。如果仅仅依靠单一的部分，许多结构会被误解。在粗略的近似下，一个单独的部分包含-最多-约1%的信息从细胞对象的调查，和误解增加，越复杂的结构。为了满足三维分析的需要，一系列使用扫描或透射电子显微镜进行三维分析的方法已经成为可能。然而，三维的高分辨率是以可检测的体积受到严格限制为代价的。例如，电子层析成像虽然提供了纳米级别的3D分辨率，但是它的剖面结构只有200-400纳米厚。因此，结构生物学的一个主要挑战是描述大体积的三维结构，例如分析给定的完整细胞的三维完整性。

Gan和Jensen[1]和Marco等人[2]对生物成像进行了综述，认为可用的最高分辨率3D成像技术是电子断层扫描。对于透射电子层析成像，在不同的倾斜角度下对剖面进行倾斜和成像，从而将剖面内的结构投影到不同的方向上。然后，基于计算机的(加权的)反投影允许基于穿过物体的虚拟平行切片创建这些结构的3D模型。典型的透射电子断层扫描图是基于在-60°至-70°和+60°至+70°(取决于倾斜增量和范围的设置)的倾斜角度下拍摄的41至141张显微照片。

尽管TEM提供了这里描述的所有3D技术中最高的分辨率，但TEM也存在一些缺点。在x和y方向上，视场相当小，而在z方向上，光束穿透和焦深都受到限制，并且受限的倾斜范围将导致重建体积中的伪影。因此，典型的生物TEM图像是由轴向限制在200–400nm的半透明截面制成的。如下所述，STEM层析成像允许比TEM层析成像更大的样品厚度。对于STEM，在当前生物物体厚切片的情况下，电子显微镜被调整为电子束形成“铅笔”，即几乎平行的光束形式。在STEM中，图像形成不是通过使用成像透镜（物镜）来实现的；因此，在图像中不存在球面像差（无论物体是否倾斜）。通过在专用探测器（或探测器区域）上分别记录未散射（亮场）和散射（暗场）电子来拍摄图像。对于相关采样区域中的每个像素，依次记录这些信号。与TEM直接比较，生物物体的切片可以厚达1000纳米（甚至更厚），高度倾斜的图像几乎在所有部分都“聚焦”。

  • Gan L, Jensen GJ (2012) Electron tomography of cells. Q Rev Biophys 45(1):27–56.
  • Marco S, Boudier T, Messaoudi C, Rigaud J-L (2004) Electron tomography of biological samples. Biochemistry (Mosc) 69(11):1219–1225.

 

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