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冷凍電鏡技術(shù)的原理：冷凍電子顯微學(xué)解析生物大分子及細(xì)胞結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(nèi)部運(yùn)動，根據(jù)高速運(yùn)動的電子在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原理，透射電鏡中的一系列電磁透鏡對電子進(jìn)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(jìn)行聚焦成像以及放大，Z后在記錄介質(zhì)上形成樣品放大幾千倍至幾十萬倍的圖像，利用計算機(jī)對這些放大的圖像進(jìn)行處理分析即可獲得樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)。冷凍電鏡技術(shù)中的單顆粒分析法：是針對單個粒子進(jìn)行重構(gòu)的技術(shù)。莆田TEM技術(shù)服務(wù)中心

冷凍電鏡技術(shù)的儀器結(jié)構(gòu)：（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(fù)責(zé)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(jié)構(gòu)，但是這一結(jié)果離物理極限還有較大距離。長久以來，冷凍電鏡在結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域取得了巨大成功，目前，多構(gòu)象蛋白的三維分類問題和生物大分子的動力學(xué)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(shù)，冷凍電鏡技術(shù)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(diǎn)等精細(xì)結(jié)構(gòu)的物理表征與機(jī)理研究中也具有巨大的應(yīng)用潛力。他山之石，可以攻玉。隨著硬件設(shè)備與模擬算法的改進(jìn)，這項帶著結(jié)構(gòu)生物化學(xué)研究邁入新紀(jì)元的技術(shù)，未來必定擁有更加廣闊的應(yīng)用前景。蘇州冷凍透射電子顯微鏡技術(shù)服務(wù)電話冷凍電鏡技術(shù)之冷凍透射電鏡通過對樣品的冷凍，降低電子束對樣品的損傷，從而得到更加真實(shí)的樣品形貌。

冷凍電鏡技術(shù)的應(yīng)用場景：冷凍電鏡主要應(yīng)用在結(jié)構(gòu)生物學(xué)和材料科學(xué)當(dāng)中，如在2020戴口罩戴口罩中研究人員通過冷凍電鏡技術(shù)在解析病毒結(jié)構(gòu)、推測其侵染人體細(xì)胞的路徑等傳播原理發(fā)揮了重要作用，研究人員將戴口罩的結(jié)構(gòu)與其他幾種冠狀病毒進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)2019-nCoV的S蛋白整體結(jié)構(gòu)與SARS病毒S蛋白的整體結(jié)構(gòu)相似，各個結(jié)構(gòu)之間具有高度同源性。在材料科學(xué)的應(yīng)用中，冷凍電鏡技術(shù)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(diǎn)等精細(xì)結(jié)構(gòu)的物理表征與機(jī)理研究中也具有巨大的應(yīng)用潛力。

冷凍電鏡技術(shù)的儀器結(jié)構(gòu)：冷凍電子顯微鏡的儀器結(jié)構(gòu)與透射電子顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)相似，只是在進(jìn)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(zhuǎn)移至樣品倉內(nèi)。冷凍室：在實(shí)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(yīng)。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(chǎn)生非晶冰非常困難。冷凍室中加入旋轉(zhuǎn)葉片真空泵將冷凍劑泵入，可以提高冷卻速度。主要使用的幾種冷凍電子顯微學(xué)技術(shù)結(jié)構(gòu)解析方法包括：電子晶體學(xué)、單顆粒重構(gòu)技術(shù)、電子斷層掃描等。

冷凍電子顯微鏡技術(shù)在20世紀(jì)70年代時提出，經(jīng)過近10年的努力，在80年代趨于成熟，近年來已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展的時期。它的研究對象非常普遍，包括病毒、蛋白、肌絲、蛋白質(zhì)核昔酸復(fù)合體、亞細(xì)胞器等。一方面，冷凍電微鏡技術(shù)所研究的生物樣品既可以是具有二維晶體結(jié)構(gòu)的，也可以是非晶體的;而且對于樣品的分子量沒有限制。因此，很大程度突破了X-射線晶體學(xué)只能研究三維晶體樣品和核磁共振波譜學(xué)只能研究小分子量(小于100KD)樣品的限制。另一方面，生物樣品是通過快速冷凍的方法進(jìn)行固定的，克了因化服學(xué)固定、染色、金屬鍍膜等過程對樣品構(gòu)象的影響，更加接近樣品的生活狀態(tài)。冷凍電鏡技術(shù)既完美契合了結(jié)構(gòu)生物學(xué)的基礎(chǔ)研究，又能夠助力加速基于結(jié)構(gòu)的藥物研發(fā)。上海冷凍透射電鏡技術(shù)應(yīng)用

冷凍電鏡技術(shù)的基本原理利用快速冷凍技術(shù)將其瞬間冷凍至液氮溫度下。莆田TEM技術(shù)服務(wù)中心

冷凍電子顯微鏡技術(shù)步驟之樣品制備：用于冷凍電鏡研究的生物樣品必須非常純凈。生物樣品是在高真空的條件下成像的，所以樣品的制備既要能夠保持本身的結(jié)構(gòu)又能抗脫水、電子輻射。現(xiàn)在普遍采用的方法是通過快速冷凍使含水樣品中的水處于玻璃態(tài)，也就是在親水的支持膜上將含水樣品包埋在一層較樣品略高的薄冰內(nèi)。冰的結(jié)構(gòu)多種多樣，包括六角形冰、立方體冰等，其物理狀態(tài)與冷凍速率有關(guān)。若要形成玻璃態(tài)(即無定形態(tài))的冰，需要冷凍速率達(dá)到每秒鐘104攝氏度。此時，冰的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)各向同性，不會因成像角度不同而導(dǎo)致圖像產(chǎn)生偏差。該方法有兩個步驟:一是將樣品在載網(wǎng)上形成一薄層水膜:二是將第步獲得的含水薄膜樣品快速冷凍。在多數(shù)情況下，用手工將載網(wǎng)迅速浸入液氮內(nèi)可使水冷凍成為玻璃態(tài)。其優(yōu)點(diǎn)在于將樣品保持在接近生活狀態(tài)，不會因脫水而變形，同時可以減少輻射損傷。莆田TEM技術(shù)服務(wù)中心