冷凍電鏡技術(shù)原理之單顆粒技術(shù)：對分散分布的生物大分子分別成像，基于分子結(jié)構(gòu)同一性的假設(shè)，對多個圖像進行統(tǒng)計分析，并通過對正、加和平均等圖像操作手段提高信噪比，進一步確認二維圖像之間的空間投影關(guān)系后經(jīng)過三維重構(gòu)獲得生物大分子的三維結(jié)構(gòu)方法。其適合的樣品分子量范圍為80~50MD，Zgao分辨率約0.3nm。利用單顆粒技術(shù)獲得三維重構(gòu)的方法主要包括等價線方法、隨機圓錐重構(gòu)法、隨機初始模型迭代收斂重構(gòu)等方法，其基本目標是獲得二維圖像之間正確的空間投影關(guān)系，從而進行三維重構(gòu)。冷凍電鏡技術(shù)的獨特優(yōu)勢：更接近天然狀態(tài)，不需要蛋白質(zhì)結(jié)晶。黃山生物冷凍透射電子顯微鏡技術(shù)用途

冷凍電子顯微技術(shù)的發(fā)展與完善經(jīng)歷了復(fù)雜而艱辛的探索，下面，我們將深入解析冷凍電子顯微鏡的工作原理、流程與儀器結(jié)構(gòu)，揭開它的廬山真面目。樣品制備：樣品快速冷凍技術(shù)：樣品的原位冷凍固定處理是低溫電子顯微鏡標本制備的開始。冷凍電鏡采用的快速冷凍技術(shù)關(guān)鍵在于“快速”。這是由于：采用常規(guī)冷凍手段，水分子會在氫鍵作用下形成冰晶，一來會改變樣品結(jié)構(gòu)，二來在成像過程中，冰晶體會產(chǎn)生強烈的電子衍射掩蓋樣品信號。而當冷凍速率足夠快時，水分子在形成晶體之前就會凝固成無定形的玻璃態(tài)冰，具有非晶態(tài)特性，保證了在電子束探測成像的過程中不會對樣品成像造成干擾。冷凍固定時，樣品首先放置在由液氮冷卻的容器中，隨后被快速浸入液態(tài)乙烷中。采用液態(tài)乙烷作為冷凍劑的目的是為了使冷凍速率足夠快，在冷凍過程中，樣品將以每秒104至106K的速度被快速冷卻。生物樣品中的水被玻璃化冷凍后，樣品結(jié)構(gòu)就得到了保持和固定，同時玻璃化冰也不會在真空環(huán)境中揮發(fā)，在一定程度上保護了樣品免受電子輻射的損傷。黃山單顆粒冷凍電鏡技術(shù)應(yīng)用冷凍電鏡技術(shù)中的單顆粒分析法理論成像分辨率更高。

冷凍電鏡技術(shù)助力快速、高效的新藥研發(fā)：分子生物學興起后，基于靶點的藥物發(fā)現(xiàn)逐漸成為主流新藥研發(fā)模式。通常通過結(jié)構(gòu)生物學方法獲得靶點及靶點-受體相互作用的結(jié)合位點。將靶點結(jié)構(gòu)和結(jié)合位點作為模型進行虛擬篩選，并通過高通量的方法獲得可能結(jié)合的潛在分子，并進一步通過結(jié)構(gòu)生物學方法直接解析靶點-潛在分子的高分辨率結(jié)構(gòu)，進行潛在分子的確認。冷凍電鏡“分辨率改變”使其成為獲得優(yōu)于3?結(jié)構(gòu)的常規(guī)技術(shù)。高分辨率的結(jié)構(gòu)能夠清晰地描繪靶點與潛在分子相互作用的信息，包括結(jié)合表位、配體手性等，為潛在化合物的結(jié)構(gòu)改造提供了指導(dǎo)。新的疾病或者突發(fā)流行病需要進行從頭藥物設(shè)計研究，這些應(yīng)對性的藥物研發(fā)需要有大量基礎(chǔ)研究的積累。冷凍電鏡技術(shù)既完美契合了結(jié)構(gòu)生物學的基礎(chǔ)研究，又能夠助力加速基于結(jié)構(gòu)的藥物研發(fā)。

冷凍電子顯微鏡技術(shù)步驟之樣品制備：用于冷凍電鏡研究的生物樣品必須非常純凈。生物樣品是在高真空的條件下成像的，所以樣品的制備既要能夠保持本身的結(jié)構(gòu)又能抗脫水、電子輻射?，F(xiàn)在普遍采用的方法是通過快速冷凍使含水樣品中的水處于玻璃態(tài)，也就是在親水的支持膜上將含水樣品包埋在一層較樣品略高的薄冰內(nèi)。冰的結(jié)構(gòu)多種多樣，包括六角形冰、立方體冰等，其物理狀態(tài)與冷凍速率有關(guān)。若要形成玻璃態(tài)(即無定形態(tài))的冰，需要冷凍速率達到每秒鐘104攝氏度。此時，冰的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)各向同性，不會因成像角度不同而導(dǎo)致圖像產(chǎn)生偏差。該方法有兩個步驟:一是將樣品在載網(wǎng)上形成一薄層水膜:二是將第步獲得的含水薄膜樣品快速冷凍。在多數(shù)情況下，用手工將載網(wǎng)迅速浸入液氮內(nèi)可使水冷凍成為玻璃態(tài)。其優(yōu)點在于將樣品保持在接近生活狀態(tài)，不會因脫水而變形，同時可以減少輻射損傷。冷凍電鏡技術(shù)中的單顆粒分析法的研究對象可以是具有某種對稱性的顆粒，也可不具有任何對稱性的蛋白分子。

冷凍電子顯微鏡技術(shù)：目前使用的幾種主要的結(jié)構(gòu)解析方法包括:電子晶體學單顆粒重構(gòu)技術(shù)和電子斷層掃描重構(gòu)技術(shù)等。電子晶體學：電子晶體學技術(shù)利用電子顯微鏡的成像和電子衍射的功能，從生物大分子的二維晶體獲取結(jié)構(gòu)信息，解析其三維結(jié)構(gòu)。生物大分子在空間中有序排列，可以形成三維晶體，也可以形成二維晶體對于二維晶體來說，其只在X-Y平面內(nèi)具有平移對稱性，電子波照射到二維晶體上時能夠發(fā)生衍射。根據(jù)電子顯微鏡記錄的二維圖像來確定相位，利用二維晶體的衍射圖譜來確定振幅，從而通過反傅里葉變換計算出大分子的密度投影，之后再利用三維重構(gòu)技術(shù)獲得大分子的三維結(jié)構(gòu)圖，從而解析出生物大分子的三維結(jié)構(gòu)。該方法的特點是解析分辨率較高，可達到近原子分辨率。但獲得蛋白的二維晶體來作為樣品，仍然是一項非常具有挑戰(zhàn)性的工作。冷凍電子顯微技術(shù)學解析生物大分子及細胞結(jié)構(gòu)的中心是透射電子顯微鏡成像。莆田TEM技術(shù)用途

冷凍電鏡技術(shù)將在研究對象、分辨率水平和研究方法等各個方面取得重大進展。黃山生物冷凍透射電子顯微鏡技術(shù)用途

冷凍電鏡技術(shù)揭示生物分子細節(jié)：在透射電子顯微鏡下，高能電子束穿透每一個分子，如同X光穿過人的身體一樣，可以拍攝到分子的形貌和它內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息?？茖W家們利用計算機將樣本里的每一個分子提取出來，把相似的分子予以歸類，然后疊加、平均獲得其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為精細的圖像，由此得到分子不同方向的二維結(jié)構(gòu)，較后經(jīng)過計算機三維重構(gòu)算法，可以得到分子的三維模型。這一過程被稱為冷凍電鏡三維重構(gòu)解析。冷凍電鏡技術(shù)的發(fā)展，使得現(xiàn)在的人類可以對細胞內(nèi)的生命活動有更多了解。未來，科學家將借助冷凍電鏡技術(shù)繼續(xù)對復(fù)雜生命體的解讀。黃山生物冷凍透射電子顯微鏡技術(shù)用途

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