冷凍電鏡技術的儀器結構：（1）圖像記錄系統(tǒng)：收集來自樣品的電子信號，在熒光屏上形成圖像。（2）電子槍：產(chǎn)生電子束的部分，聚光鏡系統(tǒng)負責將電子束聚焦到樣本樣品上。（3）圖像生成系統(tǒng)：由物鏡，中間和投影儀鏡頭以及可移動平臺組成。冷凍電鏡已經(jīng)能解析出生物大分子的原子級分辨率（0.2-0.3nm）結構，但是這一結果離物理極限還有較大距離。長久以來，冷凍電鏡在結構生物學領域取得了巨大成功，目前，多構象蛋白的三維分類問題和生物大分子的動力學分析依然是充滿挑戰(zhàn)的研究方向，新型的算法發(fā)展也將主要圍繞這些問題展開。而作為一種低信號源激發(fā)測試技術，冷凍電鏡技術在一些對電子束、熱敏感材料，如鈣鈦礦材料、某些高分子材料、水凝膠、量子點等精細結構的物理表征與機理研究中也具有巨大的應用潛力。他山之石，可以攻玉。隨著硬件設備與模擬算法的改進，這項帶著結構生物化學研究邁入新紀元的技術，未來必定擁有更加廣闊的應用前景。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。黃山透射電鏡技術平臺

單顆粒冷凍電鏡技術二維圖像分析——顆粒圖像的匹配與分類：二維顆粒圖像的分類是獲取三維結構過程的第一步。對二維圖像的分析包括兩部分：顆粒圖像的匹配和顆粒圖像的分類。匹配的過程通常會對顆粒圖像應用一些變換操作，通過關聯(lián)函數(shù)去判斷不同顆粒圖像之間的相似程度。圖像匹配的算法主要分為兩種，即不依賴模型的方法和基于模型的方法，取決于是否存在利用樣本先驗信息得到的模板。隨著圖像匹配的完成，顆粒圖像需要進行分類。主要利用多元統(tǒng)計分析和主成分分析方法等算法，其他流行的二維顆粒分類技術還有神經(jīng)網(wǎng)絡分類，將圖像在二維空間自組織映射(self-organisingmapping，SOM)再進行分類和排序。二維圖像分析的目的是，首先通過圖像匹配消除旋轉和平移的誤差，利用類內緊致、類間離散的原則進行圖像分類，較終可以對類內顆粒圖像進行平均，提高信噪比，從而實現(xiàn)對高分辨率三維結構的構建。徐州Cryo-TEM技術方案冷凍電鏡技術的獨特優(yōu)勢：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。

冷凍電鏡技術的原理：冷凍電子顯微學解析生物大分子及細胞結構的中心是透射電鏡成像，其基本過程包括樣品制備、透射電鏡成像、圖像處理及結構解析等幾個基本步驟。在透射電鏡成像中，電子槍產(chǎn)生的電子在高壓電場中被加速至亞光速并在高真空的顯微鏡內部運動，根據(jù)高速運動的電子在磁場中發(fā)生偏轉的原理，透射電鏡中的一系列電磁透鏡對電子進行匯聚，并對穿透樣品過程中與樣品發(fā)生相互作用的電子進行聚焦成像以及放大，Z后在記錄介質上形成樣品放大幾千倍至幾十萬倍的圖像，利用計算機對這些放大的圖像進行處理分析即可獲得樣品的精細結構。

冷凍電鏡技術究竟是什么呢？一直以來，科學家們不斷進行基礎生命科學的探究，探究細胞內的生命規(guī)律，為人類健康及其他學科提供借鑒。而分子是生命體中行使功能的較小單元，生命科學研究也逐步發(fā)展到了微觀生物分子的結構與功能研究階段，以期逐步加深對生命過程的認知。充分的基礎研究不只能幫助我們深刻認識生命過程，并且能夠幫助改善人類健康和提高人類生活質量。科學家們能夠通過生命科學研究幫助確定新的藥物靶點，并進行基于靶點的藥物篩選，提高藥物研究的成功率、安全性和有效性。并且隨著生物制品尤其抗體大分子藥物的發(fā)展，冷凍電鏡技術越來越多地應用于活性生物分子結構的解析中。冷凍電鏡技術測定結構的幾種方法：X射線晶體學、NMR、和冷凍電鏡技術。

單顆粒冷凍電鏡技術：生物大分子快速冷凍后，在低溫下利用透射電子顯微鏡對結構均一、分散的全同樣品顆粒進行成像，再經(jīng)圖像處理及重構計算獲得樣品的三維結構?？裳芯可锎蠓肿釉谌芤褐械慕Y構及構象變化、無需結晶、所需樣品量相對較少，適合于蛋白質、病毒等生物大分子及其復合物的結構生物學研究。樣品制備：可以根據(jù)樣品、電鏡載網(wǎng)和其他使用條件，摸索合適的單顆粒樣品制備條件，純化、收集濃度范圍從幾微升50nM至5uM濃度的蛋白溶液來制備單顆粒電鏡樣品。在-196℃時，組織中的生物大分子能夠長期保持穩(wěn)定性、細胞活性及組織微觀結構，同時，在低溫下，生物樣品耐受電子輻照劑量增強，且其在電鏡鏡筒的高真空環(huán)境中脫水變形的問題也得以解決。Vitrobot和EMGP2均能夠提供快速、簡單、可重復的安自動化樣品玻璃化制備過程，其在恒定的物理和機械條件下（如溫度、相對濕度、吸濕條件和冷凍速度）對樣品進行冷凍固定確保生物樣品在低溫狀態(tài)下仍保持天然構象。冷凍電鏡技術采用的快速冷凍技術關鍵在于“快速”。宜昌單顆粒冷凍電鏡技術方案

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。黃山透射電鏡技術平臺

冷凍電鏡技術在結構生物學中的應用：冷凍電鏡技術主要應用在單個蛋白質分子結構的分析方面。此外，冷凍電子顯微鏡技術還將普遍應用于細胞組織的超微結構解析，對解開生命活動的規(guī)律和機制等奧秘會產(chǎn)生更大影響。有人創(chuàng)造了利用冷凍電鏡單顆粒分析技術解析至近原子分辨率的分子量較小的生物大分子的記錄。施一公研究組解析了γ-secretase蛋白質和RyR-1蛋白質。研究組解析了Mammalianrespirasome蛋白質。隨著越來越多蛋白質神秘面紗的揭開，我們可以更好地解釋各種各樣的生命活動發(fā)生的原因和機理。利用冷凍電鏡技術觀察到的蛋白質結構，我們可以定向改造或構建新的蛋白質用于科研或醫(yī)療領域。黃山透射電鏡技術平臺