單顆粒冷凍電鏡技術的顆粒挑選:接下來需要從原始數(shù)據(jù)中篩選出顆粒投影,也被稱為“顆粒挑選”,顆粒挑選的好壞也將影響所有后續(xù)的分析和處理過程,是一個重要并且繁瑣的步驟。顆粒挑選方式可以分為手動挑選、半自動挑選和完全自動挑選這幾種。在早期的分析中,對于結構的了解還非常少,優(yōu)先考慮的都是人工挑選。但是自動的顆粒圖像獲取方法的出現(xiàn)使得在很短時間內可以收集數(shù)十萬張顆粒圖像,人工挑選大量的顆粒圖像不太現(xiàn)實,并且人工的挑選通常會過于集中于某一類顆粒圖像,導致遺漏和偏差。半自動和全自動的方法主要有以下三類:(1)通過例如降噪、反襯增強、邊緣算子等圖像形態(tài)學方法搜索區(qū)域,基于數(shù)字圖像處理學的原理,將顆粒圖像與背景分離開來。(2)基于模板的方法,通過掃描數(shù)據(jù)圖像和已知的模板比較來挑選出潛在的顆粒圖像,模板的來源通常為手動選出的數(shù)據(jù)圖像中較為清晰的顆粒圖像,或者是已知結構的投影。(3)結合無模板和有模板的方法,通過一些有監(jiān)督的機器學習算法進行顆粒挑選。冷凍電鏡技術將生物分子進行冷凍便可進行高分辨率成像,還具有分辨率高等優(yōu)勢。淮南透射電鏡技術
冷凍電鏡技術之冷凍掃描電鏡:掃描電鏡工作者都面臨著一個不能回避的事實,就是所有生命科學以及許多材料科學的樣品都含有液體成分。很多動植物組織的含水量達到98%,這是掃描電鏡工作者比較難對付的樣品問題。冷凍掃描電鏡(Cryo-SEM)技術是克服樣品含水問題的一個快速、可靠和有效的方法。這種技術還被普遍地用于觀察一些“困難”樣品,如那些對電子束敏感的具有不穩(wěn)定性的樣品。各種高壓模式如VP、LVESEM的出現(xiàn),已允許掃描電鏡觀察未經冷凍和干燥的樣品。但是,冷凍掃描電鏡仍然是防止樣品丟失水分的Z有效方法,它能應用于任何真空狀態(tài),包括裝于掃描電鏡的Peltier臺以及向樣品室內沖以水汽的裝置。冷凍掃描電鏡還有一些其他優(yōu)點,如具有冷凍斷裂的能力以及可以通過控制樣品升華刻蝕來選擇性地去除表面水分(冰)等?;茨贤干潆婄R技術冷凍電鏡技術能夠提供生理環(huán)境下大分子復合物納米、亞納米甚至近原子尺度的原位結構信息。
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。
冷凍電鏡技術具有分辨率高、更接近天然狀態(tài)、適用研究對象普遍等特點,越來越多的科學家開始把冷凍電鏡技術作為研究的一個新方向。冷凍電鏡技術與X射線技術和核磁共振技術互相補充,讓絕大多數(shù)的蛋白質的結構都可以被解析。眾多領域的研究者們將在未來冷凍電鏡新的技術方法的開發(fā)中發(fā)揮重要的作用,成為該技術的進一步完善與成熟的重要力量。冷凍電鏡領域研究者們則需要以主動開放的態(tài)度吸引其他領域研究者的合作,并積極迎接來自更多領域研究者的挑戰(zhàn),保持并發(fā)展自己的技術特長,站在技術發(fā)展的制高點上選準研究方向,始終在冷凍電鏡的技術前沿上開疆拓土。冷凍電鏡技術助力快速、高效的新藥研發(fā)。
冷凍電鏡是什么?冷凍電鏡技術的應用:冷凍電鏡主要用于掃描電鏡的很低溫冷凍制樣和傳輸技術,英文名Cryo-SEM,利用冷凍電鏡技術可實現(xiàn)直接觀察液體和半液體及對電子束敏感的樣品,如生物、高分子材料等。尤其是在戴口罩戴口罩中,利用冷凍電鏡技術可解析病毒結構、推測其侵染人體細胞的路徑等傳播原理發(fā)揮了重要作用,為人類攻堅戴口罩防護、研發(fā)疫苗提供了重要的理論依據(jù)。冷凍電鏡是什么?樣品經過很低溫冷凍、斷裂、鍍膜制樣(噴金/噴碳)等處理后,通過冷凍傳輸系統(tǒng)放入電鏡內的冷臺(溫度可至-185℃)即可進行觀察。其中,快速冷凍技術可使水在低溫狀態(tài)下呈玻璃態(tài),減少冰晶的產生,從而不影響樣品本身結構,冷凍傳輸系統(tǒng)保證在低溫狀態(tài)下對樣品進行電鏡觀察。冷凍電鏡技術能夠從分子層面進行詳細的研究,解析基于結構的藥物研發(fā)的分子基礎?;茨贤干潆婄R技術
冷凍電鏡技術的獨特優(yōu)勢:它與X射線晶體學、核磁共振一起構成了結構生物學研究的基礎?;茨贤干潆婄R技術
冷凍電子顯微鏡技術具有研究對象普遍、樣品需求量少、更接近生理狀態(tài)等獨特優(yōu)勢,隨著電子顯微鏡的硬件設備和結構解析的軟件算法等方面不斷取得的重要突破,冷凍電鏡技術必將在研究對象、分辨率水平和研究方法等各個方面取得重大進展。當然,冷凍電鏡技術也面臨著許多技術上的挑戰(zhàn),怎樣改進樣品的制備技術,如何如何客觀地對三維重構的結果進行檢驗、明確結構解析的分辨率以及對生物大分子構象不均一性的分析等仍然是冷凍電鏡研究中有待解決的重要問題。但是,挑戰(zhàn)越多,機遇也就越多。相信有關的研究者們,一定能夠冷靜抓住機遇,勇敢迎接挑戰(zhàn),讓冷凍電鏡技術在結構生物學、細胞生物學等領域發(fā)揮更大的作用,幫助我們更加深入、透徹地研究各種生命現(xiàn)象?;茨贤干潆婄R技術