Kriomikroskopia SOLARIS jest specjalistyczną pracownią, która dysponuje dwoma najwyższej klasy mikroskopami transmisyjnymi przeznaczonymi do analiz strukturalnych z wykorzystaniem technik: analizy pojedynczych cząstek (ang. single particle analysis, SPA), kriotomografii elektronowej (ang. cryo-electron tomography, cET) oraz dyfrakcji elektronowej na mikrokryształach (ang. microcrystal electron diffraction, MicroED).

Opis metody badawczej

Transmisyjna kriomikroskopia elektronowa (Krio-TEM) jest metodą obrazowania opartą na elastycznym rozpraszaniu wiązki elektronów przechodzących przez badany preparat. Elektrony rozproszone podczas transmisji tworzą na detektorze dwuwymiarową, powiększoną projekcję obserwowanych obiektów, np. molekuł zawieszonych w szklistej warstwie lodu. Dzięki krótkiej fali elektronów (rzędu pikometrów) możliwe jest uzyskanie niemal atomowej rozdzielczości pomiaru.
Dla obserwacji Krio-TEM kluczowe jest odpowiednie przygotowanie preparatu. Najczęściej próbkę (molekuły w roztworze buforu) zamraża się poprzez bardzo szybkie zanurzenie siatki mikroskopowej z naniesioną próbką w ciekłym etanie. Zapobiega to krystalizacji cząsteczek wody, a utworzony lód amorficzny unieruchamia cząsteczki i umożliwia zachowanie ich pierwotnej struktury. Co istotne, w przeciwieństwie do krystalografii rentgenowskiej, TEM nie wymaga uprzedniej krystalizacji molekuł. Podczas obrazowania w kriomikroskopie elektronowym próbka jest stale schładzana do temperatury ciekłego azotu, aby utrzymać lód w stanie amorficznym, a także by zmniejszyć uszkodzenia radiacyjne cząsteczek biologicznych. Struktura przestrzenna makromolekuł rekonstruowana jest z tysięcy obrazów pojedynczych cząsteczek (projekcja wsteczna), przedstawiających ich dwuwymiarowe projekcje w przypadkowych orientacjach.

Kriomikroskopia SOLARIS – historia pracowni

Specjalistyczna pracownia Kriomikroskopii SOLARIS powstała w październiku 2018 roku, z inicjatywy konsorcjum, w skład którego weszło osiemnaście najlepszych polskich instytucji naukowych prowadzących badania z zakresu biologii strukturalnej. Konsorcjum działa pod kierunkiem dr hab. Sebastiana Glatta (Małopolskie Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie) oraz dr hab. Marcina Nowotnego (Międzynarodowy Instytut Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie). Oficjalne otwarcie nastąpiło 1 marca 2019 r. podczas Pierwszego Zjazdu Konsorcjum.
Kriomikroskopia SOLARIS w pełni funkcjonuje od września 2019 r., kiedy to mikroskop Krios G3i został po raz pierwszy udostępniony dla użytkowników, w naborze wniosków o dostęp do infrastruktury badawczej. Od tego czasu pracownia wsparła licznych naukowców, z Polski oraz Europy Centralnej i Wschodniej, w ich badaniach mających na celu określenie struktur przestrzennych różnych makrocząsteczek.
Obecnie w SOLARIS dostępne są dwa wysokiej klasy kriomikroskopy – Krios G3i oraz Glacios (oba produkcji Thermo Fisher Scientific) w pełni przeznaczone do pomiarów w zakresie temperatur ciekłego azotu.

Parametry kiriomikroskopów

Parametry	Opis
Kriomikroskop Elekrtonowy	Krios G3i Krio-TEM	Glacios Krio-TEM
Źródło elektronów	Działo elektronowe z emisją polową X-FEG
Napięcie przyspieszające	300 kV	200 kV
Zautomatyzowany Krio-uchwyt	Zautomatyzowany krio-uchwyt na siatki TEM umożliwia bezkontaminacyjne przekładanie próbek (do 12 siatek TEM na kasetę)
Soczewki	Zautomatyzowane przesłony: kondensorowe, obiektywowe oraz selektorowe  Symetryczny układ nabiegunników soczewki obiektywowej stałej mocy typu C-TWIN z szeroką przerwą pomiędzy nabiegunnikami (11 mm)
	Trójkondensorowy układ soczewek EM umożliwia zautomatyzowane, ciągłe obrazowanie w wiązce równoległej	Dwukondensorowy układ soczewek EM (minimalizacja aberracji obrazu i histerezy soczewek przy przełączaniu trybów pracy)
Goniometr	Zautomatyzowany 4-osiowy goniometr z kątem pochyłu ±70 stopni
	Jednopochyłowy krio-uchwyt zapewnia optymalną stabilność mechaniczną	Jednopochyłowy krio-uchwyt
Obrazowanie	Automatyczna korekcja rotacji obrazu podczas zmiany powiększenia  AFIS (aberration-free image shift) – funkcja umożliwia przesunięcie wiązki elektronów  zamiast przesuwu stolika z próbką. Ograniczenie czasu relaksacji stolika przekłada się na wzrost szybkości obrazowania w trybie SPA. Przesunięcie obrazu odbywa się poprzez przesunięcie i ugięcie wiązki elektronów oraz korekcję aberracji soczewki obiektywowej i osiowej komy.
	FFI (fringe-free imaging) eliminuje prążki interferencyjne na krawędzi wiązki elektronowej. Umożliwia ustawienie kilku miejsc ekspozycji w mniejszym obszarze obserwacji (np. oczko siatki typu quantifoil), co przekłada się na wzrost szybkości zbierania danych.	-
Oprogramowanie	Thermo Fisher Scientific:  EPU - do obrazowania i akwizycji danych, przeznaczone do badań SPA  Tomography - do obrazowania i akwizycji serii krio-tomograficznych (cryo-ET)
	-	EPU-D - do zbierania obrazów dyfrakcyjnych mikro i nanokryształów (µ-ED)
Detektory	Bezpośredni detektor elektronów Gatan K3 BioQuantum Bezpośredni detektor elektronów Falcon 3 Thermo Fisher Scientific  Kamera półprzewodnikowa Ceta 16M CMOS Thermo Fisher Scientific	Bezpośredni detektor elektronów Falcon 4 Thermo Fisher Scientific  Kamera półprzewodnikowa Ceta-D Thermo Fisher Scientific
Filtr energii	Filtr Energii Gatan BioQuantum (wzmocnienie kontrastu)	-
Pozostałe opcje	Płytka fazowa Thermo Fisher Scientific (wzmocnienie kontrastu)	-