Electron Microscopy Methods for Biology - MB100P07

• Anglický název: Electron Microscopy Methods for Biology
• Český název: Metody elektronové mikroskopie pro biology
• Zajišťuje: Sekce biologie (31-101)
• Fakulta: Přírodovědecká fakulta
• Platnost: od 2025
• Semestr: letní
• E-Kredity: 2
• Způsob provedení zkoušky: letní s.:
• Rozsah, examinace: letní s.:0/2, Z [HT]
• Počet míst: 20
• Minimální obsazenost: 6
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: angličtina
• Poznámka: povolen pro zápis po webu; předmět má cyklickou výuku
• Garant: RNDr. Miroslav Hyliš, Ph.D.
• Vyučující: RNDr. Miroslav Hyliš, Ph.D.
• Třída: SEM s vysokým rozlišením; Původní předmět
• Neslučitelnost : MB160C38

Anotace

The course is focused on explaining how electron microscopes work and how can be used for the observation of biological objects. The course can be divided into three parts:
1/ physical principles of electron microscopy and description of instrumentation: Properties of accelerated electrons, basic components of electron microscopes – sources of primary electrons, lenses and their aberrations, the interaction of primary electrons with specimen atoms, formation of images in TEM and SEM, construction of TEM and SEM.
2/ specimen preparation of biological objects for TEM and SEM: Chemical methods (fixation, dehydration, embedding), cutting of ultrathin sections, cryo-methods (high-pressure freezing, plunge freezing, cryo-cutting, freeze substitution), special methods for SEM (critical point drying, freeze fracturing, freeze-drying, methods of specimen coating by conductive layer), cellular ultrastructure and interpretation of electron-microscopic images.
3/ advanced methods of current biological electron microscopy: high-resolution electron microscopy in biology (SPA), immunolocalization of molecules of interest in cell ultrastructure, volume electron microscopy (electron tomography, dual-beam SEM, serial block-face SEM, micro-array tomography), data recording and processing.

The course consists of a theoretical part (lectures) and several practical tasks.

Recommended literature:

https://www.thermofisher.com/cz/en/home/electron-microscopy/life-sciences.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Electron_microscope
https://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy
https://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope
https://myscope.training
MJ Dykstra, LE Reuss: Biological Electron Microscopy – Theory, Techniques, and Troubleshooting. 2nd Edition. Kluwer Academic Plenum Publisher. ISBN 0-306-47749-1. 2003

Poslední úprava: Hyliš Miroslav, RNDr., Ph.D. (23.02.2026)

Sylabus

1.       Why electrons? 

2.       How does a transmission electron microscope work?

3.       How does a scanning electron microscope work?

4.       Methods of biological specimen preparation at room temperature.

5.       How to cut section with the thickness below 100 nm?

6.       How to vitrify water in biological samples?

7.       Methods of biological sample preparation for SEM.

8.       Cellular ultrastructure and interpretation of electron-microscopic images.

9.       Immunolabeling methods – the tool how to localize and identify molecules in cell structure.

10.   Volume electron microscopy – from 2D to 3D imaging.

11.   How to visualise macromolecules in TEM?

12.   How to record electron microscopic images and how to process them.

Poslední úprava: Hyliš Miroslav, RNDr., Ph.D. (12.01.2022)

Výsledky učení

čeština

Student/ka po úspěšném absolvování předmětu:

- prokáže pokročilé porozumění fyzikálním principům elektronové mikroskopie: interakce elektronů se vzorkem, tvorbu obrazu a konstrukci přístrojů, kriticky porovnává možnosti, limity a vhodné oblasti využití transmisní (TEM) a řádkovací (SEM) elektronové mikroskopie

- naučí se pracovat s TEM a SEM s vysokou mírou samostatnosti, optimalizuje zobrazovací podmínky a parametry akvizice obrazu a přizpůsobí nastavení mikroskopu různým typům vzorků, způsobům přípravy a experimentálním cílům

- samostatně navrhne, zvolí a realizuje komplexní postupy přípravy biologických vzorků pro TEM a SEM, od chemické fixace, přes polosilné a ultratenké řezy, různé kryogenní metodiky a specializované techniky pro 3D SEM a TEM

- kriticky zhodnotí kvalitu a zachování preparátů, identifikuje a vysvětluje artefakty vzniklé při přípravě a zobrazování a posuzuje integritu buněčné ultrastruktury, makromolekulární organizace a trojrozměrné architektury tkání.

- analyzuje, interpretuje a zasazuje do biologického kontextu elektronově mikroskopická data, včetně dat získaných pomocí vysoce rozlišujících a objemových zobrazovacích metod, a integruje obrazovou analýzu s biologickou interpretací

- zvolí, aplikuje a kriticky hodnotí pokročilé metody elektronové mikroskopie (např. imunoznačení, analýzu jednotlivých částic, objemovou elektronovou mikroskopii, mikroanalýzu) při řešení konkrétních biologických otázek a výzkumných problémů, včetně záznamu a zpracování dat a jejich analýzy.

Poslední úprava: Hyliš Miroslav, RNDr., Ph.D. (02.02.2026)

angličtina

After successful completion of the course, the student:

- demonstrates advanced understanding of the physical principles of electron microscopy, including electron–specimen interactions, image formation, and instrument design, and critically compares the capabilities, limitations, and appropriate areas of application of transmission (TEM) and scanning (SEM) electron microscopy,

- acquires the ability to operate TEM and SEM with a high degree of independence, optimizes imaging conditions and image acquisition parameters, and adapts microscope settings to different specimen types, preparation strategies, and experimental objectives,

- independently designs, selects, and performs complex preparation workflows for biological samples for TEM and SEM, ranging from chemical fixation through semi-thin and ultrathin sectioning to various cryogenic methodologies and specialized techniques for 3D SEM and TEM,

- critically evaluates specimen quality and preservation, identifies and explains artifacts arising during sample preparation and imaging, and assesses the integrity of cellular ultrastructure, macromolecular organization, and three-dimensional tissue architecture,

- analyzes, interprets, and places electron microscopy data in a biological context, including data obtained using high-resolution and volume imaging approaches, and integrates image analysis with biological interpretation,

- selects, applies, and critically evaluates advanced electron microscopy methods (e.g. immunolabeling, single-particle analysis, volume electron microscopy, microanalysis) to address specific biological questions and research problems, including data acquisition, processing, and analysis.

Poslední úprava: Hyliš Miroslav, RNDr., Ph.D. (02.02.2026)