冷凍電鏡技術(shù)是在20世紀70年代提出的，早在20世紀70年代科學(xué)家們就利用冷凍電鏡研究病毒分子的結(jié)構(gòu)，頭次提出了冷凍電鏡技術(shù)的原理、方法以及流程的概念。冷凍電鏡的發(fā)展：冷凍電鏡到底是什么?從上世紀70年代興起至今，冷凍電子顯微技術(shù)(cryo-EM)已經(jīng)跨越了40多年的發(fā)展歷史，經(jīng)歷了冷凍制樣、單顆粒圖像分析和三維重構(gòu)算法等關(guān)鍵性技術(shù)的突破。通俗而言，冷凍電鏡就是在傳統(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)。冷凍電鏡技術(shù)具有更接近天然狀態(tài)、適用研究對象普遍等優(yōu)勢。十堰TEM技術(shù)應(yīng)用

冷凍電子顯微鏡技術(shù)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(shè)備和結(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)也面臨著許多技術(shù)上的挑戰(zhàn)，怎樣改進樣品的制備技術(shù)，如何如何客觀地對三維重構(gòu)的結(jié)果進行檢驗、明確結(jié)構(gòu)解析的分辨率以及對生物大分子構(gòu)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(guān)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(shù)在結(jié)構(gòu)生物學(xué)、細胞生物學(xué)等領(lǐng)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。寧波低溫冷凍透射電子顯微鏡技術(shù)平臺冷凍電鏡技術(shù)之冷凍透射電鏡優(yōu)點：加速電壓高，電子能穿透厚樣品。

冷凍電鏡技術(shù)是什么呢？冷凍電鏡用于生物樣品三維結(jié)構(gòu)解析，包含單顆粒分析、微晶電子衍射和冷凍電子斷層掃描3種技術(shù)。冷凍電鏡單顆粒分析技術(shù)（cryo-EMSPA）是一種以單顆粒形式分析生物分子組裝的新方法，通過將負染電鏡篩選獲得的合適濃度的生物分子樣品快速冷凍，使生物大分子以近天然狀態(tài)存在于無定形冰中，然后進行冷凍樣品的篩選、數(shù)據(jù)收集和三維結(jié)構(gòu)解析，從而獲得高分辨率的生物分子結(jié)構(gòu)。冷凍電鏡單顆粒分析技術(shù)能夠從分子層面進行詳細的研究，解析基于結(jié)構(gòu)的藥物研發(fā)的分子基礎(chǔ)，而冷凍電子斷層掃描能夠從亞細胞水平觀察目標分子在原位細胞環(huán)境中的作用位點和作用機制，相信在不久的將來能夠用于進一步確認基于結(jié)構(gòu)的藥物研究的可靠性。微晶電子衍射不只能夠進行小分子微晶結(jié)構(gòu)解析，也可與現(xiàn)有技術(shù)互補，進行生物大分子及其復(fù)合物的微晶結(jié)構(gòu)解析。

冷凍電鏡技術(shù)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(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息?？茖W(xué)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(nèi)部結(jié)構(gòu)更為精細的圖像，由此得到分子不同方向的二維結(jié)構(gòu)，較后經(jīng)過計算機三維重構(gòu)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(gòu)解析。冷凍電鏡技術(shù)的發(fā)展，使得現(xiàn)在的人類可以對細胞內(nèi)的生命活動有更多了解。未來，科學(xué)家將借助冷凍電鏡技術(shù)繼續(xù)對復(fù)雜生命體的解讀。冷凍電鏡技術(shù)可以通過揭示細胞里發(fā)生的生命過程細節(jié)，幫助人們了解很多有意思的生物學(xué)現(xiàn)象。

單顆粒冷凍電鏡技術(shù)二維圖像分析——顆粒圖像的匹配與分類：二維顆粒圖像的分類是獲取三維結(jié)構(gòu)過程的第一步。對二維圖像的分析包括兩部分：顆粒圖像的匹配和顆粒圖像的分類。匹配的過程通常會對顆粒圖像應(yīng)用一些變換操作，通過關(guān)聯(lián)函數(shù)去判斷不同顆粒圖像之間的相似程度。圖像匹配的算法主要分為兩種，即不依賴模型的方法和基于模型的方法，取決于是否存在利用樣本先驗信息得到的模板。隨著圖像匹配的完成，顆粒圖像需要進行分類。主要利用多元統(tǒng)計分析和主成分分析方法等算法，其他流行的二維顆粒分類技術(shù)還有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類，將圖像在二維空間自組織映射(self-organisingmapping，SOM)再進行分類和排序。二維圖像分析的目的是，首先通過圖像匹配消除旋轉(zhuǎn)和平移的誤差，利用類內(nèi)緊致、類間離散的原則進行圖像分類，較終可以對類內(nèi)顆粒圖像進行平均，提高信噪比，從而實現(xiàn)對高分辨率三維結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。冷凍電鏡技術(shù)中的單顆粒分析法：是針對單個粒子進行重構(gòu)的技術(shù)。寧波低溫冷凍透射電子顯微鏡技術(shù)平臺

冷凍電鏡技術(shù)能夠揭示生物分子細節(jié)。十堰TEM技術(shù)應(yīng)用

冷凍電鏡技術(shù)解析結(jié)構(gòu)的一般流程是怎樣的？對樣品的要求是什么？冷凍電鏡解析蛋白結(jié)構(gòu)一般流程為：蛋白表達純化；負染樣品準備：約2小時完成；負染樣品的數(shù)據(jù)收集：約8小時完成；冷凍樣品的準備：約4小時完成；冷凍樣品的數(shù)據(jù)收集：48-120小時完成。三維結(jié)構(gòu)重建。冷凍電鏡解析蛋白結(jié)構(gòu)對蛋白質(zhì)的要求：分子量：一般需要樣品的分子量在200kD以上。緩沖液：緩沖液中不能含有多糖，DMSO，甘油等有機物質(zhì)，這些會降低樣品的襯度，難以獲得高分辨的三維結(jié)構(gòu)。一般而言，緩沖液為20mMHepes，150mMNaCl。濃度：一般而言，可溶性蛋白濃度應(yīng)在1mg/ml左右，膜蛋白應(yīng)保證濃度在5mg/ml左右。體積：20ul足夠（前提是需要蛋白濃度達標，做一個樣品3ul左右）。均一性：分子篩行為表現(xiàn)為單一的峰，均一性大于90%。十堰TEM技術(shù)應(yīng)用

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