200 kV光发射超快冷冻透射电子显微镜（200 kV Photoemission Ultrafast Cryo-Transmission Electron Microscope）通过整合超快激光系统的高时间分辨率（皮秒级）和透射电子显微镜的高空间分辨率（信息分辨≤0.14nm）优势，实现了对生物材料中复杂瞬态结构动力学过程的高时空分辨率原位观测[1]。该设备已完成系统安装与性能调试，正式面向全世界开放技术服务，系统主要配置与功能如下：
200kV光发射超快冷冻透射电子显微镜构造：
200kV光发射超快冷冻透射电子显微镜由生物冷冻电镜系统及超快激光系统经改造后有机结合而成，整体构造示意图如图1所示，左半部分为生物冷冻电镜系统，右半部分为超快激光单元，为飞秒激光系统（实现频闪模式）。
其关键组件主要包含 4 个部分：
1. 生物冷冻电子显微镜，在商用电镜（Thermo Fisher Scientific Talos F200i）的基础上对电子枪及样品室进行改造引入超快激光，实现时间分辨功能，使得本系统可以同时在高时空分辨率下观察物质结构变化过程，是冷冻超快电镜装置的主体；
2. 飞秒激光系统，用于实现频闪模式下的脉冲电子发射及样品的超快过程激发；
3. 冷冻样品台，用于研究样品在冷冻环境的超快动力学过程；
4. CMOS相机，用于记录样品的衍射和显微图像信息。
图1
主要功能及特色：
具有皮秒时间分辨率的频闪电子低剂量成像和衍射功能，能够解析冷冻生物样品中各种可逆的动力学过程。
主要规格及技术指标：
电子枪：热场发射
点分辨率：≤0.27 nm
信息分辨率：≤0.14 nm
加速电压：200 kV
极靴：Cryo-Twin CS 1.2 mm
相机：Ceta-D
光发射超快冷冻透射电子显微镜时间分辨率：优于6.3 ps。
主要应用：
该研究团队使用光发射超快冷冻透射电子显微镜研究了类淀粉蛋白纤维在光激发下的动力学过程，时间分辨的电子衍射发现类淀粉蛋白纤维在纳秒时间尺度上发生皮米空间尺度的膨胀，水合环境可以削弱蛋白质的氢键网络，进一步增强膨胀。该研究为理解蛋白质构象变化提供了新视角[2]。
该研究团队使用光发射超快冷冻透射电子显微镜研究了DNA结构光激发的振动模式，暗场图像发现DNA细丝在光激发下存在纳米空间尺度和MHz频率的振动，为理解生命体系的力学-功能关系提供了全新视角[3]。
技术参考文献
1. C.H Zhu, HFTian, H.X.Yang, J.Q.Li, Development of analytical ultrafast transmission electron microscopy based on laser-driven Schottky field emission. Ultramicroscopy 209, 112887 (2020).
2. W. P. Fitzpatrick, U. J. Lorenz, G. M. Vanacore, A. H. Zewail, 4D Cryo-Electron Microscopy of Proteins. Journal of the American Chemical Society 135, 19123-19126 (2013).
3. U.J. Lorenz, & A.H. Zewail, Biomechanics of DNA structures visualized by 4D electron microscopy, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 110 (8) 2822-2827, https://doi.org/10.1073/pnas.1300630110 (2013).
设备存放地点：
北京市怀柔区北京大学国家生物医学成像中心（多模态跨尺度生物医学成像设施）3号楼112室
设备负责人：
闫晓旭
设备预约入口：https://ioc.nbic.cn:37218/#/equipment/detail?id=634726268557857989
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