低温电子显微镜(cryo-EM)已成为医学研究领域的改变者，但用于在显微镜下冷冻和观察样品的基质在数十年内没有取得多大进展。现在，由于宾夕法尼亚州立大学的研究人员和应用科学公司Protochips，Inc。之间的合作，现在已经不再是这样了。
“传统型格的，因为冷冻电镜的成立并没有太大的改变，而材料科学已大大改变，”德布·凯利，在宾夕法尼亚州立大学生物医学工程教授和中心主任结构性肿瘤(CSO)说： 。“我们的团队以及该领域的其他同事都有想法尝试新材料作为改进现有做法的手段。”
传统的带孔的碳网的问题包括当冰在网格上形成时表面不平，这需要多次调整成像程序;网格材料以不同的热速率膨胀;并且标本未能找到进入格栅孔的方式，浪费了通常有限的样品。
“只需设置初始焦点参数，就可以在数据采集过程中节省大量时间，”CSO的研究助理教授Cameron Varano说道，他是一篇刚刚在Small杂志上发表的新论文的联合主要作者。“Protochips基板由氮化硅制成，这种材料比碳网更硬，这使得它们不易产生局部变形。芯片中的孔可以根据不同的冰厚度和应用进行定制。”
使用称为Cryo-Chips的新基质，研究人员有可能在短短一小时内获得样品上的所有数据，而不是目前需要几天的时间。
“这项重大的技术进步使我们能够解决更具挑战性的问题，”Varano说。“它正在将低温EM从艺术转变为科学。”
在他们的论文“Cryo-EM-on-a-Chip：用于大分子3D分析的定制基质”中，研究人员选择了三种案例研究，这种类型的成像可能是有用的。第一项研究是碳网格与孔洞的比较和使用轮状病毒颗粒的Cryo-Chip，这是冷冻EM研究中的标准模型，因为它具有大尺寸和对称形状。他们看到Cryo-Chip基板的对比度增强，以及定制井中的样品保留更多。
第二项研究使用从乳腺癌细胞分离的更小和不对称的BRCA1蛋白质组装，也显示出更强的对比度和更强的边缘边界，使其成为自动化成像处理程序的更好候选者。
“对于我们的第三个例子，我们决定研究一些更为未知的东西，这些来自另一种癌症，即脑癌细胞P53，”凯利说。“P53是全身几乎所有癌症中突变最多的分子。然而，没有人将癌症的完整3D结构整合在一起。使用我们新的微芯片方法，我们能够看到这些重要的p53组件的特征，这种癌症是生存的一个优势。“
Kelly和Varano最近都搬到了弗吉尼亚理工大学的宾夕法尼亚州立大学，他们希望将这些生物医学重要的样本提升到新的水平，作为哈克生命科学研究所新CSO的一部分。
“凭借大学园区校园新建的显微镜和Cryo-Chip工具，我们希望将我们的成像工作从高吞吐量转变为智能吞吐量，”Kelly说。“我们与Protochips合作的真正好处在于它强调公司/学术合作伙伴关系。这样，我们都可以共同成长。”
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