Van beeldvorming tot analyse: hoe Delmics nieuwe FAST-EM-systeem de elektronenmicroscopie verandert
TNW spin-off Delmic lanceert een geautomatiseerd ultrasnel systeem, FAST-EM, dat gebruik maakt van 64 elektronenbundels. FAST-EM is betrouwbaar en extreem snel en is gericht op de beeldvorming van biologische monsters zonder dat er voortdurend op de machine moet worden gelet.
Het FAST-EM-systeem is gemaakt door een consortium, bestaande uit Delmic, Thermo Fisher, Technolution en de Technische Universiteit Delft (TU Delft): elke partij bracht een ander soort expertise mee, die nodig was om dit volgende generatie microscopiesysteem te ontwikkelen en te bouwen. Het doel was om een systeem te creëren dat routinematig veel monsters in beeld kan brengen met behoud van grootschalige context.
Als je kijkt naar de huidige stand van zaken van de microscopie, dan is er altijd wel iemand die bij de machine moet zijn, dus je bent uiterst beperkt in het aantal monsters dat je in een dag kunt afbeelden. Wij vinden het heel belangrijk dat er een nieuw soort microscoop is, die geautomatiseerd en snel is, en die mensen in staat stelt om op een geheel nieuwe manier gebruik te maken van elektronenmicroscopie
Sander den Hoedt, CEO Delmic
In de kern lost het systeem drie belangrijke uitdagingen van de moderne elektronenmicroscopie op. Ten eerste verhoogt het de acquisitiesnelheid aanzienlijk, waardoor zowel context- als hoge-resolutie-details in beeld kunnen worden gebracht. De mogelijkheid om zowel een volledig overzicht als diepgaande gegevens te verkrijgen met een nanometer-resolutie is uiterst nuttig voor de systematische vergelijking van cellen en weefsels en kan bijdragen tot de ontwikkeling van klinische toepassingen.
Ten tweede heeft het systeem een zeer hoge continue doorvoer, ongeveer 100 keer sneller dan de huidige Scannende Elektronen Microscopen (SEMs). Doordat het niet meer nodig is om voortdurend monsters te verwisselen en het systeem weer handmatig in te stellen, kunnen monsters zowel sneller als over een langere periode in beeld worden gebracht. Door zich te richten op een continue doorvoersnelheid in tegenstelling tot alleen een piek in de acquisitiesnelheid, heeft het consortium zich toegespitst op het wegnemen van alle knelpunten in de beeldvormingsworkflow. Het FAST-EM systeem is betrouwbaar, stabiel en sterk geautomatiseerd, waardoor het mogelijk is om honderden of zelfs duizenden beelden te verzamelen.
Op dit moment is de doorvoersnelheid een van de belangrijkste beperkingen in de elektronenmicroscopie. Een gebruiker krijgt meestal beelden van delen van het monster die zijn geselecteerd voor opname. Met FAST-EM kan elke gebruiker de gegevens van een volledige coupe van weefsel of van meerdere coupes ontvangen en deze later virtueel doorbladeren en analyseren. Naast praktische redenen maakt dit het ook mogelijk om grotere gebieden en volumes te bestrijken en de structurele lay-out van biologische systemen te analyseren vanaf de moleculaire schaal tot op het niveau van een volledig orgaan.
Jacob Hoogenboom, Associate Professor aan de TU Delft
Tot slot kan de operator dankzij de betrouwbare automatisering van het systeem wegstappen en het tot 72 uur lang laten draaien. Het doel is om de operators te ontlasten, zodat zij niet meer veel tijd achter de microscoop hoeven te besteden aan het zoeken naar de gewenste structuur en het laden van de monsters. Dit laat de operator vrij om in plaats daarvan analyses uit te voeren of de microscopiefaciliteit te ondersteunen.
Doordat het veel van de huidige knelpunten in de microscopie wegneemt kan FAST-EM onderzoekers en faciliteiten helpen honderden of duizenden monsters 100 keer sneller in beeld te brengen, waardoor de beeldvormingstijd afneemt van maanden tot slechts dagen of uren. FAST-EM kan worden gebruikt om zaken als celarchitectuur, de connectiviteit van neuronale circuits en allerlei soorten biologisch materiaal te onderzoeken. Het is uiterst geschikt voor groot volume 3D-beeldvorming, grootschalige 2D-beeldvorming en, in het algemeen, als een hulpmiddel dat het dagelijkse werk van een microscopiefaciliteit aanzienlijk kan versnellen. De mogelijkheid om grote oppervlakten biologisch weefsel in korte tijd in beeld te brengen maakt vele nieuwe ontdekkingen mogelijk, niet alleen in fundamenteel onderzoek, maar ook in drug targeting en mogelijk zelfs gepersonaliseerde geneeskunde.
EM blijft de gouden standaard om de structuur van de synaps te onderzoeken. In connectomics moeten we tienduizenden dunne segmenten in beeld brengen om alle verbindingen in een neuraal netwerk te reconstrueren. FAST-EM maakt het mogelijk om meer hersenen in beeld te brengen, zodat we kunnen beginnen met het vergelijken van individuele dieren
Elizabeth Carroll, Assistant Professor aan de TU Delft
Over Delmic
Delmic is een gepassioneerd hightech bedrijf gevestigd in Delft, dat is voortgekomen uit onderzoek van de afdeling Imaging Physics van de Faculteit Technische Natuurwetenschappen naar geïntegreerde licht- en elektronenmicroscopie. Het bedrijf is begonnen met kathodoluminescentie en correlatieve licht- en elektronenmicroscopie-oplossingen, en heeft zijn productlijn uitgebreid met een multibeam FAST-EM systeem en met oplossingen die de complexe workflows van cryo-ET vereenvoudigen. Delmic-systemen worden gebruikt door onderzoekers en bedrijven over de hele wereld op gebieden variërend van de life sciences, geologie, materiaalkunde tot nanofotonica.
Dr. ir. Jacob Hoogenboom
