本发明专利技术涉及用于定位和成像生物样本的功能化网格及其使用方法。提供了一种用于在带电粒子显微术中使用的功能化样本支架，所述功能化样本支架包括：样本支架表面，被配置为在利用带电粒子显微镜对样本进行探询期间支撑样本，所述样本支架表面具有功能化部位，每个功能化部位被配置为通过附接、吸引或它们的组合来在功能化部位处维持所述样本之一的一部分的位置。
【技术实现步骤摘要】
下面涉及用于在涉及带电粒子设备的应用中在相对较大的样本支架上定位样本 的方法、设备和系统。本公开的各种实施例更具体地涉及在涉及STEM的DNA测序应用中在 样品支架上定位DNA的方法。
技术介绍
在上世纪期间，带电粒子显微镜（CPM)的发展已经导致以比在光学显微术中所能 够实现的放大率大得多的放大率对自然现象进行的观察。一个这种CPM是扫描透射电子显 微镜（STEM)。在STEM中，聚焦的高能量电子射束跨薄样品进行扫描。射束中的电子在它们 穿过样品时与样品进行相互作用并且在样品下面被收集。不同的成像和分析技术使用不同 的透射电子特性来形成图像或者确定样品的属性。STEM成像涉及在聚焦电子射束沿着样 品表面进行扫描时从冲击检测器的多个电子获得关于样品的信息。STEM成像中所使用的 STEM检测器可以是闪烁体-光电倍增器检测器，已知为Everhart-Thornley检测器、PIN固 态检测器或任何其它合适的检测器。STEM检测器通常足够快以允许在主电子射束扫描样品 表面的区域时进行数据收集。典型的扫描(例如在每行中具有一千个扫描点的一千行上光 栅化射束）可能花费大约一秒并且能够生成超过一百万像素的信息，并且因此检测器优选 地能够以至少一百万像素每秒的速率提供读数。典型的高精度STEM成像电路能够在几微 秒内获得读数，优选地小于100 μ s，小于50 μ s，并且更优选地小于10 μ s。 最近几年中，针对高吞吐量应用适配STEM技术已经越来越令人感兴趣。尤其感兴 趣的是使用STEM用于高吞吐量DNA测序。现在，在第三代开发中，DNA测序技术旨在提供 以更短的测序时间和更高的吞吐容量来递送单个分子数据和非常长的读取能力（即，读取 具有20000或更多碱基对的DNA链）的系统。 影响基于STEM的DNA测序的效率以及由电子显微镜对于非常小(例如纳米级）的 样本进行的分析的一个因素通常是定位要分析的样本所花费的时间。典型的DNA样本是具 有大约2纳米（nm)直径和长度范围高达近似12微米（μ m)长(对应于大约30000个碱基） (这对应于长度方向横截面面积小于大约24000nm2)的DNA链。通过比较，在常规STEM分析 中，样品通常被呈现用于在由3mm直径的显微镜网格支撑的薄碳膜上进行分析，3mm直径的 显微镜网格对应于7. IxlO12 nm2的样品支架面积。因此，典型的DNA样本将至多占据对应于 3. 4x10 9的3mm直径网格的部分区域，并且由STEM对DNA样本进行的任何分析因此将涉及 首先把样本在比样本大九个数量级的区域上定位。 为了说明DNA样本尺寸和样本支架面积之间的比率对于样本处理时间的重要性， 考虑使用STEM射束以2nm的分辨率扫描3mm直径网格支架的整个面积将花费的时间长度， 2nm是大约DNA链的直径并且表示检测DNA的存在所需要的最小分辨率。假设常规的高速 成像速率为40MHz，那么获取样品网格的所有I. 8xl012个像素将花费近似12. 3小时的成像 时间。虽然12. 3小时表示用于定位DNA样本的最大时间，但是该示例示范了样品定位时间 与在基于STEM的DNA测序和涉及小生物样本的其它应用中实现更高吞吐量的相关性。 因此，需要在带电粒子显微术应用（诸如例如基于STEM的DNA测序冲在样品网格 上定位纳米级生物样本的更快速方法。还需要在带电粒子显微术应用(诸如例如基于STEM 的DNA测序）中促进纳米级生物样本的更快速定位的系统和设备。
技术实现思路
在本公开的一些实施例中，提供了用于在带电粒子显微术中使用的功能化样本支 架，该支架包括：样本支架表面，被配置为在利用带电粒子显微镜对样本进行探询期间支撑 样本，样本支架表面具有功能化部位，该功能化部位被配置为通过附接、吸引或它们的组合 来在功能化部位处维持样本的位置。在一些实施例中，样本包括DNA链。在一些实施例中， 样本包括标记有发光标记和/或重原子标签的DNA链。 在本公开的一些实施例中，提供用于电子显微镜的样本制品，其包括：样本支架， 其中样本支架的表面包括多个部位，每个部位被功能化为通过局部化吸引力、附接机制或 它们的组合来在该部位处维持样本的位置；以及多个样本，每个样本粘附到所述部位之一。 在一些实施例中，多个样本包括DNA链。在一些实施例中，多个样本包括标记有发光标记和 /或重原子标签的DNA链。 在本公开的一些实施例中，提供了在样本支架上定位样本的方法，包括：使用带电 粒子射束针对样本的存在局部扫描样本支架上的多个预定义方位，其中样本的一部分的位 置被固定在所述预定义方位之一处。在一些实施例中，样本包括DNA链并且带电粒子射束 是具有如下分辨率的STEM的电子射束，该分辨率大于或等于确定DNA链的一部分的位置所 需的最小分辨率并且小于测序DNA链所需的最小分辨率。 在本公开的一些实施例中，提供了在样本支架上定位样本的方法，包括：加载具有 样本支架的显微镜，该样本支架具有表面，该表面具有多个预定义的附接方位，其中具有发 光标记的样本被附接到预定义附接方位之一；捕获所述表面的区域的局部图像，每个局部 图像包含预定义附接方位之一并且以足够检测来自发光标记的光的分辨率被捕获；以及， 通过针对发光标记的光特征的存在评估局部图像来确定哪个预定义附接方位由样本占据。 在本公开的一些实施例中，提供了在样本支架上定位样本的方法，包括：捕获样本 支架的表面的图像，该样本支架被填充有被标记样本，其中图像的分辨率足以从该图像确 定被标记样本之一的标记的近似方位；以及处理该图像以确定该标记的近似位置。 在本公开的一些实施例中，提供了一种非临时性机器可读存储介质，其包含可执 行指令，该可执行指令当被执行时，使得一个或多个处理器引导带电粒子射束以便针对样 本的存在使用带电粒子射束局部扫描样本支架的表面上的多个预定义的方位，其中该样本 被附接到预定义方位之一。在一些实施例中，样本包括DNA链并且带电粒子射束是具有如 下分辨率的STEM的电子射束，该分辨率大于或等于确定DNA链的一部分的位置所需的最小 分辨率并且小于测序DNA链所需的最小分辨率。 在本公开的一些实施例中，提供了一种用于高吞吐量样品处理的扫描透射电子显 微镜系统，其包括扫描透射电子显微镜和样本支架，其中该样本支架的表面包括多个方位， 每个方位具有附接部位，该附接部位被功能化为把样本的一部分的位置固定到该方位处的 表面。 前面已经相当广泛地概述了本专利技术的特征和技术优点以便可以更好地理解下面 对本专利技术的详细描述。本专利技术的附加特征和优点将在下文被描述。本领域技术人员应当意 识到的是，所公开的构思和特定实施例可以被容易地用作修改或设计用于执行本专利技术相同 目的的其它特征的基础。本领域技术人员还应当认识到，这种等同的构造没有脱离所附权 利要求中阐述的本专利技术的范围。【附图说明】 为了更全面地理解本公开及其优点，现在对连同附图一起做出的下面的描述进行 参考，其中： 图1是根据本公开的实施例的在样本支架上定位和分析样本的方法的流程图。 图2是根据本公开的实施例的在样本支架上定位和测序DNA的方法的流程图。 图3是根据本公开的实施例的定位和分析样本的方法的流程图。 图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于在带电粒子显微术中使用的功能化样本支架，所述功能化样本支架包括：样本支架表面，被配置为在利用带电粒子显微镜对样本进行探询期间支撑样本，所述样本支架表面包括功能化部位，所述功能化部位被配置为通过附接、吸引或它们的组合来在所述功能化部位处维持样本的位置。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：MW乌特劳特，NW帕克，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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