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时间:2023年08月31日 来源:

什么是冷冻电镜技术?冷冻电镜技术,全称是冷冻电子显微镜技术,是在低温下使用透射电子显微镜观察样品的显微技术。冷冻电镜技术,是一种重要的结构生物学研究方法,它与X射线晶体学、核磁共振一起构成了高分辨率结构生物学研究的基础。冷冻电镜技术的研究,主要是冷冻成像和蛋白快速冷冻技术。根据诺贝尔奖评委会的说法,冷冻电镜技术使生物分子成像,变得更加简单,把生物化学带入了一个新纪元。这项技术可以用来确定,溶液中生物分子的高清晰度结构。冷冻电镜技术其实比较抽象,一直以来它主要的问题是其图像噪音极高、信号极低,研究的目标是从中提取近原子分辨率的结构信息。可以形象的比喻为在一个机器轰鸣的工厂,监测一只蚂蚁爬行的声音。冷冻电镜的目标,就是要完成这项艰巨的任务。因此,可见这项技术成果的科学价值。冷冻电镜技术,是用于扫描电镜的很低温冷冻制样及传输技术。宜昌Cryo-TEM技术服务

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冷冻电镜技术,是用于扫描电镜的很低温冷冻制样及传输技术(Cryo-SEM),可实现直接观察液体、半液体及对电子束敏感的样品,如生物、高分子材料等。电镜观察:样品经过很低温冷冻、断裂、镀膜制样(喷金/喷碳)等处理后,通过冷冻传输系统放入电镜内的冷台(温度可至-185℃)即可进行观察。其中,快速冷冻技术可使水在低温状态下呈玻璃态,减少冰晶的产生,从而不影响样品本身结构,冷冻传输系统保证在低温状态下对样品进行电镜观察。汕头透射电子显微镜技术特点冷冻电镜技术的基本原理利用快速冷冻技术将其瞬间冷冻至液氮温度下。

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冷冻电镜技术是什么呢?冷冻电镜用于生物样品三维结构解析,包含单颗粒分析、微晶电子衍射和冷冻电子断层扫描3种技术。冷冻电镜单颗粒分析技术(cryo-EMSPA)是一种以单颗粒形式分析生物分子组装的新方法,通过将负染电镜筛选获得的合适浓度的生物分子样品快速冷冻,使生物大分子以近天然状态存在于无定形冰中,然后进行冷冻样品的筛选、数据收集和三维结构解析,从而获得高分辨率的生物分子结构。冷冻电镜单颗粒分析技术能够从分子层面进行详细的研究,解析基于结构的药物研发的分子基础,而冷冻电子断层扫描能够从亚细胞水平观察目标分子在原位细胞环境中的作用位点和作用机制,相信在不久的将来能够用于进一步确认基于结构的药物研究的可靠性。微晶电子衍射不只能够进行小分子微晶结构解析,也可与现有技术互补,进行生物大分子及其复合物的微晶结构解析。

冷冻电镜技术解析结构主要风险在:A.样品很不稳定,样品寄送过来的时候,已经降解或者聚集,无法进行后续处理;B.样品在冷冻制样的过程中,可能会被冻碎,从而无法进行后续处理;C.样品纯度可能很好,但是均一度很差,从而难以获得样品的高分辨结构;D.我们关心的区域可能在整个复合体中有很强的柔性,从而经过二维或者三维平均后,我们关心区域的分辨率会比较差甚至看不见,达不到我们的预期;E.一些配体,比如药物前体分子,分子量太小,不一定能在电镜的密度图中观测到;F.对于合适的样品,我们冷冻制样需要优化的参数有很多,包括样品浓度的优化,blottime的优化,温度的优化,grid规格(铜网或者金网)的优化等一系列条件的优化。因此冷冻电镜制样需要丰富的经验和充足的机时支持,不同的实验者,成功率可能差别很大。主要使用的几种冷冻电子显微学技术结构解析方法包括:电子晶体学、单颗粒重构技术、电子断层扫描等。

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冷冻电镜技术的独特优势:1、更接近天然状态:电子断层成像技术则可用来研究一定厚度的亚细胞器在天然状态下的内部结构,不需要蛋白质结晶。2、适用研究对象普遍:冷冻电镜单粒子法既可以对具有对称结构的大分子进行研究,也适合于研究结构不规则的大分子复合物,对于分子量的上限没有限制,理论上>100kD的分子在成像技术能够保证的情况下可以形成足够的对比以进行图像校正。冷冻电镜技术作为一种重要的结构生物学研究方法,它与X射线晶体学、核磁共振一起构成了结构生物学研究的基础。冷冻电镜技术的独特优势:适合于研究结构不规则的大分子复合物,对于分子量的上限没有限制。宜昌Cryo-TEM技术服务

冷冻电镜技术中的单颗粒分析法在分析具有同质性结构的样品时表现出更方便、更优异的成像能力。宜昌Cryo-TEM技术服务

冷冻电镜技术的仪器结构:(1)图像记录系统:收集来自样品的电子信号,在荧光屏上形成图像。(2)电子枪:产生电子束的部分,聚光镜系统负责将电子束聚焦到样本样品上。(3)图像生成系统:由物镜,中间和投影仪镜头以及可移动平台组成。冷冻电镜已经能解析出生物大分子的原子级分辨率(0.2-0.3nm)结构,但是这一结果离物理极限还有较大距离。长久以来,冷冻电镜在结构生物学领域取得了巨大成功,目前,多构象蛋白的三维分类问题和生物大分子的动力学分析依然是充满挑战的研究方向,新型的算法发展也将主要围绕这些问题展开。而作为一种低信号源激发测试技术,冷冻电镜技术在一些对电子束、热敏感材料,如钙钛矿材料、某些高分子材料、水凝胶、量子点等精细结构的物理表征与机理研究中也具有巨大的应用潜力。他山之石,可以攻玉。随着硬件设备与模拟算法的改进,这项带着结构生物化学研究迈入新纪元的技术,未来必定拥有更加广阔的应用前景。宜昌Cryo-TEM技术服务

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