초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과

본 사업의 목적인 BT-NT 융합 전자현미경 분석을 위한 의생물 전용 초고전압 투과전자현미경을 한국기초과학지원연구원 오창본원에 성공적으로 설치하고 중/저전압에서 고전압에 이르는 첨단 cryo-EM 분석 체계를 구축하였다. 본 장비는 기존 장비에 대한 운영 경험을 살려 의생물학 연구에 적합한 기능의 신설 혹은 개선을 실시하였음. 특히 의생물학 연구에 필수적인 고분해능 기반의 3차원 구조 분석을 용이하게 할 수 있도록 시료대의 좌우 경사 및 Cryo-EM 기능을 강화하였음.

○ 우수한 분해능과

Ⅳ. 연구개발결과

본 사업의 목적인 BT-NT 융합 전자현미경 분석을 위한 의생물 전용 초고전압 투과전자현미경을 한국기초과학지원연구원 오창본원에 성공적으로 설치하고 중/저전압에서 고전압에 이르는 첨단 cryo-EM 분석 체계를 구축하였다. 본 장비는 기존 장비에 대한 운영 경험을 살려 의생물학 연구에 적합한 기능의 신설 혹은 개선을 실시하였음. 특히 의생물학 연구에 필수적인 고분해능 기반의 3차원 구조 분석을 용이하게 할 수 있도록 시료대의 좌우 경사 및 Cryo-EM 기능을 강화하였음.

○ 우수한 분해능과 고경사각
- Bio-HVEM은 LaB₆ Gun 사용, 최대 가속전압 1.0 MV 이며 분해능은 0.15 nm임.
- 의생물 시료의 특성을 감안하여 넓은 Pole piece gap을 포함한 새로운 Goniometer system을 장착하고 경사각을 ±70° 로 확장함.
- 이는 고경사각을 요구하는 3차원 구조 분석에 필수적이며 넓은 Pole piece gap은 향후 Correlative Microscopy/Liquid EM 등 다양한 시료의 변화에 적절히 대처할 수 있음.

○ 최첨단 in column 에너지 여과장치
- 의생물 시료의 경우 경원소로 구성이 되어 명암대비가 약할 수 밖에 없으며 정밀 구조 분석에 한계를 보임. 따라서 수차보정된 최첨단 in column 에너지 여과장치를 장착함으로써 명암대비를 강화하여 미세구조 분석 뿐만 아니라 화학성분 분석 등을 가능하게 함.

○ Cryo-Electron microscopy 기능 강화
- Anticontaminator 등 시료지지대 연결 부위의 Cryo-shielding 장치와 Cryo-transfer 기능 개선을 통하여 시료 로딩시 온도 불안정 현상을 개선함.
- 시료 로딩시 진공방식 개선과 통하여 Cryo 작업 시 pre-pumping 시간의 획기적 단축을 실현함.

○ 고성능 detector 및 STEM 장착
- 국내 최초의 고성능 Direct Digital Detector를 장착하여 Cryo-EM의 고질적인 저명암대비 영상의 한계를 극복함.
- STEM 기능을 통해 초첨 심도를 증대시켜 두꺼운 시료의 정밀 이미징 분석이 가능하도록 함.

Abstract ▼

IV. Results of R&D

The aim of the project, installation of biomedical HVEM for BT-NT convergence electron microscopy research, was successfully carried out hence Cryo-EM facility equipped with TEMs with high-medium-low acceleration voltages was established. Specifications and functionalities

IV. Results of R&D

The aim of the project, installation of biomedical HVEM for BT-NT convergence electron microscopy research, was successfully carried out hence Cryo-EM facility equipped with TEMs with high-medium-low acceleration voltages was established. Specifications and functionalities of Bio-HVEM were improved from previous instruments or newly incorporated, based on years of know-hows on TEM analysis of biological samples. In particular, for 3D electron microscopy of biological specimen, Cryo-EM function and specimen tilt range were greatly improved.

○ Resolution and tilt angle
- Bio-HVEM is equipped with LaB₆ thermionic electron source, with maximum acceleration voltage of 1.0MV, and point resolution of 0.15nm
- Large polepiece gap and newly designed goniometer that allows for specimen tilt up to ±70°
- Large tilt range and polepiece gap are mandatory electron tomography, which will facilitate the compatibility for correlative micrography and liquid EM in future.

○ In-column energy filter
- Biological specimen is composed of light atoms and therefore produces low contrast TEM images that limits achievable resolution. The in-column energy filter eliminates inelastic electron scattering and improves image contrast and also adds chemical analysis functionality (EELS mapping).
○ Cryo-electron microscopy function
- Anticontamnator, sample holder support, cryo-shielding device and performance of cryo-transfer were improved for temperature stability during sample insertion and imaging.
- Improved vacuum system prevents prolonged sample loading

○ High performance image detector and STEM
- Bio-HVEM is equipped with high performance direct electron detector to overcome inherently low contrast Cryo-EM imaging, and STEM function provided improved focal depth that facilitates the analysis of thick biological specimen.

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2요 약 문 ... 3Summary ... 7Contents ... 12목 차 ... 14제 1장 서론 ... 16 제 1절 연구개발의 배경 및 추진 경위 ... 16 제 2절 연구개발의 목적 ... 21 제 3절 연구개발의 필요성 ... 22 제 4절 연구개발의 내용과 범위 ... 23제 2장 국내외 기술개발 현황 ... 25 제 1절 해외 분석기술 개발 현황 ... 25 제 2절 해외 장비 개발 현황 ... 31 제 3절 국내 기술 수준 ... 33제 3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 35 제 1절 연구개발 수행 내용 ... 35 제 2절 연구개발 결과 ... 42제 4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 95 제 1절 목표 달성도 ... 95 제 2절 관련 분야 기술 발전 기여도 ... 98제 5장 연구개발결과의 활용계획 ... 99 제 1절 추가 연구의 필요성 ... 99 제 2절 활용 고도화 방안 ... 100제 6장 연구개발과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 107제 7장 참고문헌 ... 108첨부 1 해외 HVEM 설치 현황 ... 110첨부 2 대형연구시설 구축 로드맵: 국가전자현미경센터 ... 111첨부 3 사업 관련 학회 및 학술지 발표 실적 ... 114첨부 4 의·생물학 분야 전자현미경 분석기술 활용 연구 논문 ... 120첨부 5 수퍼 바이오-HVEM 현장 검수 최종 보고서 ... 147첨부 6 수퍼바이오-HVEM 최종 성능 점검 자료 ... 173끝페이지 ... 270