冷凍電鏡技術基本原理之三維冷凍電鏡技術：樣品經(jīng)過在液氮中的冷凍固定，使得生物大分子中的H2O分子以玻璃態(tài)的形式存在，保持低溫，將樣品放入顯微鏡，高度相干的電子作為光源從上面照射下來，透過樣品和附近的冰層，受到散射，利用探測器和透鏡系統(tǒng)把散射的信號成像記錄下來，再進行信號處理，較后利用三維重構的技術得到樣品的三維結構。冷凍電鏡技術的獨特優(yōu)勢分辨率高：光學顯微鏡的分辨率為0.2μm，透射電子顯微鏡的分辨率為0.2nm，透射電子顯微鏡在光學顯微鏡的基礎上放大了1000倍。冷凍電鏡技術的基本原理利用快速冷凍技術將其瞬間冷凍至液氮溫度下。武漢透射電鏡技術平臺

冷凍電鏡技術揭示生物分子細節(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部的結構信息。科學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、平均獲得其內部結構更為精細的圖像，由此得到分子不同方向的二維結構，較后經(jīng)過計算機三維重構算法，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解析。冷凍電鏡技術的發(fā)展，使得現(xiàn)在的人類可以對細胞內的生命活動有更多了解。未來，科學家將借助冷凍電鏡技術繼續(xù)對復雜生命體的解讀。杭州透射電子顯微鏡技術方案冷凍電鏡技術將在研究對象、分辨率水平和研究方法等各個方面取得重大進展。

冷凍電鏡技術的獨特優(yōu)勢：1、更接近天然狀態(tài)：電子斷層成像技術則可用來研究一定厚度的亞細胞器在天然狀態(tài)下的內部結構，不需要蛋白質結晶。2、適用研究對象普遍：冷凍電鏡單粒子法既可以對具有對稱結構的大分子進行研究，也適合于研究結構不規(guī)則的大分子復合物，對于分子量的上限沒有限制，理論上>100kD的分子在成像技術能夠保證的情況下可以形成足夠的對比以進行圖像校正。冷凍電鏡技術作為一種重要的結構生物學研究方法，它與X射線晶體學、核磁共振一起構成了結構生物學研究的基礎。

冷凍電鏡技術是什么呢？冷凍電鏡用于生物樣品三維結構解析，包含單顆粒分析、微晶電子衍射和冷凍電子斷層掃描3種技術。冷凍電鏡單顆粒分析技術（cryo-EMSPA）是一種以單顆粒形式分析生物分子組裝的新方法，通過將負染電鏡篩選獲得的合適濃度的生物分子樣品快速冷凍，使生物大分子以近天然狀態(tài)存在于無定形冰中，然后進行冷凍樣品的篩選、數(shù)據(jù)收集和三維結構解析，從而獲得高分辨率的生物分子結構。冷凍電鏡單顆粒分析技術能夠從分子層面進行詳細的研究，解析基于結構的藥物研發(fā)的分子基礎，而冷凍電子斷層掃描能夠從亞細胞水平觀察目標分子在原位細胞環(huán)境中的作用位點和作用機制，相信在不久的將來能夠用于進一步確認基于結構的藥物研究的可靠性。微晶電子衍射不只能夠進行小分子微晶結構解析，也可與現(xiàn)有技術互補，進行生物大分子及其復合物的微晶結構解析。冷凍電鏡技術可以通過揭示細胞里發(fā)生的生命過程細節(jié)，幫助人們了解很多有意思的生物學現(xiàn)象。

冷凍電鏡技術近年來獲得了迅猛的發(fā)展，取得了許多具有重大意義的成果。冷凍電鏡將生物分子進行冷凍便可進行高分辨率成像，還具有分辨率高、更接近天然狀態(tài)、適用研究對象普遍等優(yōu)勢。同時，系統(tǒng)地綜述了冷凍電鏡技術在科學研究中的應用，并展望冷凍電鏡技術未來的發(fā)展。冷凍電鏡（cryo-electronmicroscopy，cryo-EM）技術，是在低溫下使用透射電子顯微鏡觀察樣品的顯微技術，即把樣品冷凍并保持低溫放進顯微鏡里面，用高度相干的電子作為光源從上面照射，透過樣品和附近的冰層，受到散射，再利用探測器和透鏡系統(tǒng)把散射信號成像記錄下來，較后進行信號處理，得到樣品的結構。冷凍電鏡技術，是在低溫下使用透射電子顯微鏡觀察樣品的顯微技術?；茨仙锢鋬鐾干潆娮语@微鏡技術哪家好

冷凍電子顯微鏡技術具有研究對象普遍、樣品需求量少、更接近生理狀態(tài)等獨特優(yōu)勢。武漢透射電鏡技術平臺

冷凍電子顯微鏡技術中單顆粒重構技術：該技術也叫做單顆粒分析，主要適用于結構具有全同性的生物大分子的結構解析，蛋白質的分子量通常要求在100KD以上，在顆粒數(shù)目足夠多的情況下，理論上其分辨率可以達到原子水平。該方法的圖像處理和三維重構計算過程如下:從原始的電鏡照片中將顆粒圖像挑選出來，對其進行二維圖像對中、分類和平均，然后通過計算等價線的方法推算各分類圖的取向，利用傅里葉重構法建立始三維結構模型，通過對原始圖片或分類平均圖與結構模型投影的匹配，優(yōu)化取向參數(shù)，進而得到更準確的三維結構模型，如此反復對初始結構模型進行修正，直到收斂獲得較終的結果。單顆粒重構技術近年來發(fā)展迅速，應用普遍，不斷有文章報道利用此技術所獲得的大分子復合物的三維結構。武漢透射電鏡技術平臺

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