莆田单颗粒冷冻电镜技术

冷冻电子显微技术的发展与完善经历了复杂而艰辛的探索，下面，我们将深入解析冷冻电子显微镜的工作原理、流程与仪器结构，揭开它的庐山真面目。样品制备：样品快速冷冻技术：样品的原位冷冻固定处理是低温电子显微镜标本制备的开始。冷冻电镜采用的快速冷冻技术关键在于“快速”。这是由于：采用常规冷冻手段，水分子会在氢键作用下形成冰晶，一来会改变样品结构，二来在成像过程中，冰晶体会产生强烈的电子衍射掩盖样品信号。而当冷冻速率足够快时，水分子在形成晶体之前就会凝固成无定形的玻璃态冰，具有非晶态特性，保证了在电子束探测成像的过程中不会对样品成像造成干扰。冷冻固定时，样品首先放置在由液氮冷却的容器中，随后被快速浸入液态乙烷中。采用液态乙烷作为冷冻剂的目的是为了使冷冻速率足够快，在冷冻过程中，样品将以每秒104至106K的速度被快速冷却。生物样品中的水被玻璃化冷冻后，样品结构就得到了保持和固定，同时玻璃化冰也不会在真空环境中挥发，在一定程度上保护了样品免受电子辐射的损伤。冷冻电镜技术之冷冻扫描电镜是克服样品含水问题的一个快速、可靠和有效的方法。莆田单颗粒冷冻电镜技术

冷冻电镜技术中的电子断层扫描技术与单颗粒分析法的比较：单颗粒分析法：它的优点：解析生物大分子的理论分辨率可达原子级；样品受总辐射值小；对称颗粒的解析分辨率更高；分子量越大，结果越好；电子断层扫描技术：优点：简单直接；对样品的要求较低；常用于对细胞或者生物组织结构的三维重构；但是，对同一样品位置多次拍照时，电子束对样品的辐照损伤就会成为了比较严重的问题；当样品旋转角度受到电子束透过样品厚度能力的限制。厦门Cryo-TEM技术用途冷冻电子显微镜技术之样品成像：低剂量辐照成像，普通样品材料在进行表征时，电子剂量越高成像质量越好。

冷冻电镜技术助力快速、高效的新药研发：分子生物学兴起后，基于靶点的药物发现逐渐成为主流新药研发模式。通常通过结构生物学方法获得靶点及靶点-受体相互作用的结合位点。将靶点结构和结合位点作为模型进行虚拟筛选，并通过高通量的方法获得可能结合的潜在分子，并进一步通过结构生物学方法直接解析靶点-潜在分子的高分辨率结构，进行潜在分子的确认。冷冻电镜“分辨率改变”使其成为获得优于3Å结构的常规技术。高分辨率的结构能够清晰地描绘靶点与潜在分子相互作用的信息，包括结合表位、配体手性等，为潜在化合物的结构改造提供了指导。新的疾病或者突发流行病需要进行从头药物设计研究，这些应对性的药物研发需要有大量基础研究的积累。冷冻电镜技术既完美契合了结构生物学的基础研究，又能够助力加速基于结构的药物研发。

冷冻电镜技术总结：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，由于样品厚度的限制，能看到500-1000nm左右厚度的结构，的也可以了解整个细胞不同层面的内部结构.尽管，我们能够预言按目前电子冷冻断层成像技术的发展会得到许多更诱人的信息。细胞内存在大量分子机器和生物大分子复合物，并且与单个超分子相比要大，更容易对其进行识别。这样的事实使断层技术的目标变得简单了。在不久的将来关于细胞骨架，核孔复合体和核纤层，囊泡聚集和运输复合物以及其他一些细胞成分的一些基本问题会得到更清晰的阐释。这两种方法都不需要对样品进行结晶，快速含水冰冻的制样过程既不复杂，又保存了样品的瞬时天然结构，有利于对复合物的功能进行研究，图像自动化筛选过程将是今后提高分辨率的关键环节。而电子晶体学则对具有对称结构的样品进行三维重构具有很大的优势，比如二十面体病毒，螺旋对称结构等，尤其适合膜蛋白的三维结构，并且是电子显微术中目前只一能达到原子分辨率水平的方法。冷冻电镜技术，是一种重要的结构生物学研究方法。

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。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。厦门Cryo-TEM技术用途

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。莆田单颗粒冷冻电镜技术

单颗粒冷冻电镜技术的颗粒挑选：接下来需要从原始数据中筛选出颗粒投影，也被称为“颗粒挑选”，颗粒挑选的好坏也将影响所有后续的分析和处理过程，是一个重要并且繁琐的步骤。颗粒挑选方式可以分为手动挑选、半自动挑选和完全自动挑选这几种。在早期的分析中，对于结构的了解还非常少，优先考虑的都是人工挑选。但是自动的颗粒图像获取方法的出现使得在很短时间内可以收集数十万张颗粒图像，人工挑选大量的颗粒图像不太现实，并且人工的挑选通常会过于集中于某一类颗粒图像，导致遗漏和偏差。半自动和全自动的方法主要有以下三类：(1)通过例如降噪、反衬增强、边缘算子等图像形态学方法搜索区域，基于数字图像处理学的原理，将颗粒图像与背景分离开来。(2)基于模板的方法，通过扫描数据图像和已知的模板比较来挑选出潜在的颗粒图像，模板的来源通常为手动选出的数据图像中较为清晰的颗粒图像，或者是已知结构的投影。(3)结合无模板和有模板的方法，通过一些有监督的机器学习算法进行颗粒挑选。莆田单颗粒冷冻电镜技术

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