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Ultraschallunterstützte Kryo-EM Probenvorbereitung
Mit SECO-Technologie zur bevorzugten Ausrichtung
Die Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) ist zu einem unverzichtbaren Werkzeug in der Strukturbiologie geworden, da sie Forschern die Visualisierung von Proteinen und anderen Makromolekülen mit nahezu atomarer Auflösung ermöglicht. Eine der größten Herausforderungen bei der Probenvorbereitung für die Kryo-EM ist jedoch die bevorzugte Partikelorientierung. Wenn Proteine während der Vitrifizierung an der Luft-Wasser-Grenzfläche adsorbieren, lagern sie sich oft in bestimmten Ausrichtungen ab, was die Vielfalt der Ansichten einschränkt und die Rekonstruktion genauer 3D-Modelle erschwert.
Eine aktuelle Studie der EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) stellt eine neuartige und elegante Lösung vor: kontinuierliche Ultraschallanregung während der Vitrifizierung. Bei diesem Ansatz werden mechanische Schwingungen genutzt, um die Wechselwirkung zwischen Proteinen und der Grenzfläche zu stören, sodass die Partikel vor dem Einfrieren eine größere Bandbreite an Ausrichtungen annehmen können.
bioRxiv 2025, mit freundlicher Genehmigung von: Michal Haubner, „Overcoming Preferred Orientation in Cryo-EM With Ultrasonic Excitation During Vitrification“
bioRxiv 2025, mit freundlicher Genehmigung von: Michal Haubner, „Overcoming Preferred Orientation in Cryo-EM With Ultrasonic Excitation During Vitrification“
Unser Ultraschallwandler SC049 zur Unterstützung
Das Herzstück dieser Methode ist der SECO-Ultraschallwandler SC049, der mit einer Frequenz von 490 kHz arbeitet und während der Vitrifizierung kontrollierte Schwingungen an den Probenhalter abgibt. Diese Schwingungen werden durch das Gitter, das die Probe hält, übertragen und induzieren subtile Bewegungen in dem dünnen Flüssigkeitsfilm, der die Proteine umgibt.
Diese Mikrobewegungen erzeugen sanfte Scherkräfte, die die Proteine von der Luft-Wasser-Grenzfläche „loslösen”. Anstatt sich in ihrer bevorzugten Ausrichtung abzusetzen, bleiben die Partikel in Bewegung, bis sie durch einen Strahl flüssigen Ethans schnell eingefroren werden. Durch diesen Prozess werden sie in einer eher zufälligen, nicht im Gleichgewicht befindlichen Verteilung eingeschlossen, was die Qualität der Kryo-EM-Daten erheblich verbessert.
Die Bedeutung dieser Technologie für die Wissenschaft
Im Gegensatz zu chemischen Verfahren, die Tenside oder modifizierte Trägerfilme erfordern, ist die Ultraschallanregung rein physikalisch und nicht-invasiv. Sie verändert die Zusammensetzung der Probe nicht und lässt sich leicht in bestehende Vitrifikations-Workflows integrieren. Die Technik ist sowohl mit Jet-Vitrifikations- als auch mit Tauchgefrieranlagen kompatibel und somit für eine Vielzahl von Laboren zugänglich.
bioRxiv 2025, mit freundlicher Genehmigung von: Michal Haubner, „Overcoming Preferred Orientation in Cryo-EM With Ultrasonic Excitation During Vitrification“
Die bevorzugte Ausrichtung war lange Zeit ein Engpass in der Kryo-EM, insbesondere bei kleinen oder symmetrischen Proteinen. Durch die Lösung dieses Problems mit einem einfachen physikalischen Prinzip eröffnet die Ultraschallanregung neue Möglichkeiten für die hochauflösende Bildgebung und eine zuverlässigere Strukturanalyse.
Dieser Durchbruch zeigt, wie die Ultraschalltechnologie von SECO Spitzenforschung in der Strukturbiologie ermöglicht. Durch die Überwindung einer der größten Einschränkungen der Kryo-EM spielt der SC049-Wandler eine Schlüsselrolle bei der Weiterentwicklung der hochauflösenden Bildgebung komplexer Biomoleküle.
Sie haben Interesse an unserem SC049?
Unser Produktverantwortlicher Stefan Schneider berät Sie gerne zu unserem kleinsten Ultraschallwandler SC049. Mit einer Baugröße von nur 6 x 5 Millimetern eignet er sich perfekt für zahlreiche industrielle Anwendungen – aber auch für komplexe Herausforderungen in Labor und Wissenschaft.
Auf Wunsch passen wir unseren SC049 kundenspezifisch an Ihre individuelle Messaufgabe an und ändern beispielsweise Gehäuse, Kontaktierung oder Zusatzausstattung.
Sprechen Sie uns an! Wir freuen uns auf Ihre Anfrage.
Stefan Schneider
Produktverantwortlicher
