杭州冷冻电镜单颗粒技术
冷冻电子显微镜技术:目前使用的几种主要的结构解析方法包括:电子晶体学单颗粒重构技术和电子断层扫描重构技术等。电子晶体学:电子晶体学技术利用电子显微镜的成像和电子衍射的功能,从生物大分子的二维晶体获取结构信息,解析其三维结构。生物大分子在空间中有序排列,可以形成三维晶体,也可以形成二维晶体对于二维晶体来说,其只在X-Y平面内具有平移对称性,电子波照射到二维晶体上时能够发生衍射。根据电子显微镜记录的二维图像来确定相位,利用二维晶体的衍射图谱来确定振幅,从而通过反傅里叶变换计算出大分子的密度投影,之后再利用三维重构技术获得大分子的三维结构图,从而解析出生物大分子的三维结构。该方法的特点是解析分辨率较高,可达到近原子分辨率。但获得蛋白的二维晶体来作为样品,仍然是一项非常具有挑战性的工作。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。杭州冷冻电镜单颗粒技术
冷冻电子显微镜技术之样品成像:低剂量辐照成像,普通的样品材料在进行TEM表征时,电子剂量越高,成像质量越好。但生物样品受到的辐照损伤却是和累积的辐照总剂量相关的。更详细一点说,随着辐照剂量的增加,辐照损伤对高分辨细节的破坏更严重。因此,为了尽可能地获得更多的细节,就必须要对样品采用用低剂量辐照成像。在冷冻电镜技术中,常用的低剂量辐照成像法有两种:冷冻电子断层扫描法,单颗粒分析成像法。冷冻电镜技术中的电子断层扫描技术(cryogeniccomputedtomography):进行断层扫描时,样品被连续不停地旋转,并在每个旋转角度上都进行一次成像。每一幅电子显微像是物体在不同投影方向的二维投影像,经傅立叶变换会得到一系列不同取向的截面,当截面足够多时,会得到傅立叶空间的三维信息,再经傅立叶反变换便能得到物体的三维结构。韶关TEM技术服务冷冻电镜技术之冷冻蚀刻电子显微镜优点:冷冻蚀刻的样品,经铂、碳喷镀而制备的复型膜具有很强的立体感。
冷冻电子显微镜技术中电子断层扫描重构技术:电子断层扫描技术是从一个物体的投影图像重构获得物体内部结构的技术,通过获取同一物体的多个连续角度下的二维投影图来反向重构它的三维结构。简单地说,电子断层扫描技术就是将一个物体(样品)沿着一个与电子束垂直的轴旋转,每旋转一个角度,采集这个物体在相对应方向上的二维投影像,通过对这些二维投影图的处理(相互配准),将不同角度的二维投影图反向重构(如加权背投影等方法),获得样品整体三维结构的技术。电子断层成像适合于在纳米级尺度上研究不具有结构均一性的蛋白、病毒、细胞器以及它们之间组成的复合体的三维结构。与电子晶体学和单颗粒技术相比,这种技术无需样品颗粒具有结构同一性,也不强调样品具有一定的对称性。因此,虽然目前电子断层成像所获得的结构的分辨率(约4~10纳米)不能与以上两种技术相比,但其在研究非定形、不对称和不具全同性的生物样品的三维结构和功能中有着不可替代的作用。
冷冻电镜技术基本原理之电镜三维重构理论:D.DeRosier和A.Klug提出三维重构理论是借助一系列沿不同方向投影的电子显微像来重构被测物体的立体构型,利用计算机数字图像处理技术进行电子显微像三维重构测定生物大分子结构的概念和方法。透射电子显微镜成像过程中,电子束穿透样品,将样品的三维电势密度分布函数沿着电子束的传播方向投影至与传播方向垂直的二维平面上。运用中心截面定理,从而可以通过三维物体不同角度的二维投影在计算机内进行三维重构来解析获得物体的三维结构。冷冻电镜技术的基本原理是将生物大分子溶液置于电镜载网上形成一层非常薄的水膜。
冷冻电子显微镜技术步骤之样品制备:用于冷冻电镜研究的生物样品必须非常纯净。生物样品是在高真空的条件下成像的,所以样品的制备既要能够保持本身的结构又能抗脱水、电子辐射。现在普遍采用的方法是通过快速冷冻使含水样品中的水处于玻璃态,也就是在亲水的支持膜上将含水样品包埋在一层较样品略高的薄冰内。冰的结构多种多样,包括六角形冰、立方体冰等,其物理状态与冷冻速率有关。若要形成玻璃态(即无定形态)的冰,需要冷冻速率达到每秒钟104摄氏度。此时,冰的结构呈现各向同性,不会因成像角度不同而导致图像产生偏差。该方法有两个步骤:一是将样品在载网上形成一薄层水膜:二是将第步获得的含水薄膜样品快速冷冻。在多数情况下,用手工将载网迅速浸入液氮内可使水冷冻成为玻璃态。其优点在于将样品保持在接近生活状态,不会因脱水而变形,同时可以减少辐射损伤。将冷冻样品保持低温放置在透射电子显微镜下观察,从而获得生物大分子的结构,被称为冷冻电镜技术。福州低温透射电镜技术原理
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。杭州冷冻电镜单颗粒技术
冷冻电子显微镜技术具有研究对象普遍、样品需求量少、更接近生理状态等独特优势,随着电子显微镜的硬件设备和结构解析的软件算法等方面不断取得的重要突破,冷冻电镜技术必将在研究对象、分辨率水平和研究方法等各个方面取得重大进展。当然,冷冻电镜技术也面临着许多技术上的挑战,怎样改进样品的制备技术,如何如何客观地对三维重构的结果进行检验、明确结构解析的分辨率以及对生物大分子构象不均一性的分析等仍然是冷冻电镜研究中有待解决的重要问题。但是,挑战越多,机遇也就越多。相信有关的研究者们,一定能够冷静抓住机遇,勇敢迎接挑战,让冷冻电镜技术在结构生物学、细胞生物学等领域发挥更大的作用,帮助我们更加深入、透彻地研究各种生命现象。杭州冷冻电镜单颗粒技术
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