冷凍電鏡技術原理之電子斷層掃描成像技術:通過在顯微鏡內傾轉樣品從而收集樣品多角度的電子顯微圖像并對這些電子顯微圖像根據(jù)傾轉幾何關系進行重構的方法稱為電子斷層掃描成像技術。該方法主要應用于細胞及亞細胞器,以及沒有固定結構的生物大分子復合物(分子量范圍為800kD),Zgao分辨率約2nm。冷凍電鏡的分類:目前我們討論的冷凍電鏡基本上指的都是冷凍透射電鏡,但是如果我們以使用冷凍技術的角度定義冷凍電鏡的話,冷凍電鏡主要可以分為冷凍透射電鏡、冷凍掃描電鏡、冷凍蝕刻電子顯微鏡。冷凍電鏡技術就是在傳統(tǒng)透射電子顯微鏡之上,加上了低溫傳輸系統(tǒng)和冷凍防污染系統(tǒng)。武漢低溫冷凍透射電鏡技術品牌
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。深圳生物冷凍透射電子顯微鏡技術方案基于結構的藥物設計已經逐漸成為藥物開發(fā)設計的主流,與此同時冷凍電鏡技術也在蓬勃發(fā)展。
冷凍電鏡技術的儀器結構:冷凍電子顯微鏡的儀器結構與透射電子顯微鏡的基本結構相似,只是在進樣之前搭載了液態(tài)乙烷罐與冷凍倉,保證在樣品快速冷凍后能夠即刻轉移至樣品倉內。冷凍室:在實際操作中,向液態(tài)乙烷中投入樣品時,乙烷會在樣品周圍快速沸騰,形成絕緣氣態(tài)膜,減慢向低溫液體的熱傳遞,稱為萊頓弗羅斯效果好應。因此要使厚度超過幾微米的樣品中的水以足夠高的冷卻速度產生非晶冰非常困難。冷凍室中加入旋轉葉片真空泵將冷凍劑泵入,可以提高冷卻速度。
冷凍電鏡技術基本原理之三維冷凍電鏡技術:樣品經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。冷凍電鏡技術助力快速、高效的新藥研發(fā)。
冷凍電鏡技術之冷凍透射電鏡:冷凍透射電鏡(Cryo-TEM)通常是在普通透射電鏡上加裝樣品冷凍設備,將樣品冷卻到液氮溫度(77K),用于觀測蛋白、生物切片等對溫度敏感的樣品。通過對樣品的冷凍,可以降低電子束對樣品的損傷,減小樣品的形變,從而得到更加真實的樣品形貌。它的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面:首先是加速電壓高,電子能穿透厚樣品;第二是透鏡多,光學性能好;第三是樣品臺穩(wěn)定;第四是全自動,自動換液氮,自動換樣品,自動維持清潔。冷凍電鏡技術也正在成為助力醫(yī)藥研發(fā)的有力手段。黃山Cryo-TEM技術平臺
雖然冷凍電鏡技術屬于前沿技術,但目前已經有利用冷凍電鏡基于結構研發(fā)的藥物進入臨床試驗。武漢低溫冷凍透射電鏡技術品牌
冷凍電鏡技術原理之電子晶體學:利用電子顯微鏡對生物大分子在一維、二維以致三維空間形成的高度有序重復排列的結構(晶體)成像或者收集衍射圖樣,進而解析這些生物大分子的結構,這種方法稱為電子晶體學。其適合的樣品分子量范圍為10~500kD,Zgao分辨率約0.19nm。該方法與X射線晶體學的類似之處在于均需獲得高度均一的生物大分子的周期性排列,不同之處是利用電子顯微鏡除了可以獲得晶體的電子衍射外還可以通過獲得晶體的圖像來進行結構解析。武漢低溫冷凍透射電鏡技術品牌