Energiefilter mit schnell zählendem direkten Elektronendetektor

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525040890

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU)untersuchen, die strukturellen Grundlagen mit denen biologische Komplexe vielfältige Funktionalitäten des Lebens unterstützen. Dazu etablierten die Forschenden 2018 ein Gerätezentrum für hochauflösende Elektronenkryomikroskopie, das auch externen akademischen Nutzer offen steht. Das Herzstück der Plattform ist ein 300-kV-Elektronenmikroskop mit einem Schottky-XFEG-Emitter und einem direkten Elektronendetektor. Dieser Detektor ermöglicht Datenerfassung im linearen Modus und im Zählmodus. Im Zählmodus wird eine Detektions-Quanteneffizienz erreicht, die nahezu das theoretische Limit widerspiegelt. Allerdings begrenzt dann die geringe Bildrate des eingebauten Detektors den Durchsatz der Datenakquise auf nur etwa 700 Filme pro Tag. Im Gegensatz dazu ermöglicht der lineare Modus die Datenerfassung von bis zu 7000 Filmen pro Tag, jedoch nur mit etwa der Hälfte der Detektions-Quanteneffizienz des Zählmodus. Ausgelöst durch den Erfolg, der mit den Daten der Plattform erreicht wurde, haben sich die Ambitionen der Forscher der JMU auf anspruchsvollere Projekte verlagert. Insbesondere kleinere, dynamische Komplexe und Ligandenlokalisierung für die Wirkstoffforschung rücken in den Vordergrund. Der Erfolg dieser Projekte hängt von großen Datensätzen mit etwa 5000 Filmen ab, die im Zählmodus aufgenommen wurden. Mit der aktuellen Ausrüstung kann die Erfassung solcher Datensätze eine Woche und länger dauern. Schlimmer noch, bei kleineren dynamischen Komplexen (< 150 kDa) ist ein Datensatz der in 24 Stunden gesammelt wird, oft ungenügend um zu beurteilen, ob die Probe zur hochauflösenden Strukturbestimmung geeignet ist. Daher erfüllt das aktuelle Detektionssystem mit einer langsam zählenden Kamera die Bedürfnisse und Ambitionen der Forscher der JMU in Hinblick auf Daten-Qualität und Quantität nicht. Tests an derselben Probe mit verschiedenen Detektionssystemen in Würzburg und anderswo zeigten, dass neben der Zählung auch Energiefiltration einen wichtigen Beitrag zur robusten Analyse kleiner dynamischer Komplexe leistet und eine drastisch verbesserte Gesamtauflösung ermöglicht. Um die Plattform auf die führenden Standards in der Bilddetektion zu bringen, beantragen wir, den vorhandenen, langsam zählenden Detektor durch einen direkten Elektronendetektor mit schneller Zählfunktion und Energiefilter zu ersetzen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Energiefilter mit schnell zählendem direkten Elektronendetektor
• Gerätegruppe: 5140 Hilfsgeräte und Zubehör für Elektronenmikroskope
• Antragstellende Institution: Julius-Maximilians-Universität Würzburg
• Leiterin: Professorin Dr. Bettina Böttcher