冷凍電鏡技術原理之單顆粒技術：對分散分布的生物大分子分別成像，基于分子結構同一性的假設，對多個圖像進行統計分析，并通過對正、加和平均等圖像操作手段提高信噪比，進一步確認二維圖像之間的空間投影關系后經過三維重構獲得生物大分子的三維結構方法。其適合的樣品分子量范圍為80~50MD，Zgao分辨率約0.3nm。利用單顆粒技術獲得三維重構的方法主要包括等價線方法、隨機圓錐重構法、隨機初始模型迭代收斂重構等方法，其基本目標是獲得二維圖像之間正確的空間投影關系，從而進行三維重構。冷凍電鏡技術之冷凍透射電鏡優點：透鏡多，光學性能好。黃山快速冷凍顯微鏡技術服務中心

冷凍電鏡技術之冷凍蝕刻電子顯微鏡：冷凍蝕刻電鏡技術是從50年代開始發展起來的一種將斷裂和復型相結合的制備透射電鏡樣品技術，亦稱冷凍斷裂或冷凍復型，用于細胞生物學等領域的顯微結構研究。冷凍蝕刻電鏡的優點：①樣品通過冷凍，可使其微細結構接近于活的狀態;②樣品經冷凍斷裂蝕刻后，能夠觀察到不同劈裂面的微細結構，進而可研究細胞內的膜性結構及內含物結構;③冷凍蝕刻的樣品，經鉑、碳噴鍍而制備的復型膜，具有很強的立體感且能耐受電子束轟擊和長期保存。黃山快速冷凍顯微鏡技術服務中心冷凍電鏡技術之冷凍蝕刻電子顯微鏡優點：樣品經冷凍斷裂蝕刻后，能夠觀察到不同劈裂面的微細結構。

冷凍電鏡技術究竟是什么呢？一直以來，科學家們不斷進行基礎生命科學的探究，探究細胞內的生命規律，為人類健康及其他學科提供借鑒。而分子是生命體中行使功能的較小單元，生命科學研究也逐步發展到了微觀生物分子的結構與功能研究階段，以期逐步加深對生命過程的認知。充分的基礎研究不只能幫助我們深刻認識生命過程，并且能夠幫助改善人類健康和提高人類生活質量。科學家們能夠通過生命科學研究幫助確定新的藥物靶點，并進行基于靶點的藥物篩選，提高藥物研究的成功率、安全性和有效性。并且隨著生物制品尤其抗體大分子藥物的發展，冷凍電鏡技術越來越多地應用于活性生物分子結構的解析中。

冷凍電子顯微鏡技術步驟之樣品制備：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構又能抗脫水、電子輻射。現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，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。冰的結構多種多樣，包括六角形冰、立方體冰等，其物理狀態與冷凍速率有關。若要形成玻璃態(即無定形態)的冰，需要冷凍速率達到每秒鐘104攝氏度。此時，冰的結構呈現各向同性，不會因成像角度不同而導致圖像產生偏差。該方法有兩個步驟:一是將樣品在載網上形成一薄層水膜:二是將第步獲得的含水薄膜樣品快速冷凍。在多數情況下，用手工將載網迅速浸入液氮內可使水冷凍成為玻璃態。其優點在于將樣品保持在接近生活狀態，不會因脫水而變形，同時可以減少輻射損傷。冷凍電鏡技術的獨特優勢：冷凍電鏡單粒子法既可以對具有對稱結構的大分子進行研究。

冷凍電鏡技術的儀器結構：（1）圖像記錄系統：收集來自樣品的電子信號，在熒光屏上形成圖像。（2）電子槍：產生電子束的部分，聚光鏡系統負責將電子束聚焦到樣本樣品上。（3）圖像生成系統：由物鏡，中間和投影儀鏡頭以及可移動平臺組成。冷凍電鏡已經能解析出生物大分子的原子級分辨率（0.2-0.3nm）結構，但是這一結果離物理極限還有較大距離。長久以來，冷凍電鏡在結構生物學領域取得了巨大成功，目前，多構象蛋白的三維分類問題和生物大分子的動力學分析依然是充滿挑戰的研究方向，新型的算法發展也將主要圍繞這些問題展開。而作為一種低信號源激發測試技術，冷凍電鏡技術在一些對電子束、熱敏感材料，如鈣鈦礦材料、某些高分子材料、水凝膠、量子點等精細結構的物理表征與機理研究中也具有巨大的應用潛力。他山之石，可以攻玉。隨著硬件設備與模擬算法的改進，這項帶著結構生物化學研究邁入新紀元的技術，未來必定擁有更加廣闊的應用前景。冷凍電鏡技術之冷凍透射電鏡優點：加速電壓高，電子能穿透厚樣品。黃山快速冷凍顯微鏡技術服務中心

冷凍電鏡技術與X射線晶體學、核磁共振一起構成了高分辨率結構生物學研究的基礎。黃山快速冷凍顯微鏡技術服務中心

冷凍電子顯微技術的發展與完善經歷了復雜而艱辛的探索，下面，我們將深入解析冷凍電子顯微鏡的工作原理、流程與儀器結構，揭開它的廬山真面目。樣品制備：樣品快速冷凍技術：樣品的原位冷凍固定處理是低溫電子顯微鏡標本制備的開始。冷凍電鏡采用的快速冷凍技術關鍵在于“快速”。這是由于：采用常規冷凍手段，水分子會在氫鍵作用下形成冰晶，一來會改變樣品結構，二來在成像過程中，冰晶體會產生強烈的電子衍射掩蓋樣品信號。而當冷凍速率足夠快時，水分子在形成晶體之前就會凝固成無定形的玻璃態冰，具有非晶態特性，保證了在電子束探測成像的過程中不會對樣品成像造成干擾。冷凍固定時，樣品首先放置在由液氮冷卻的容器中，隨后被快速浸入液態乙烷中。采用液態乙烷作為冷凍劑的目的是為了使冷凍速率足夠快，在冷凍過程中，樣品將以每秒104至106K的速度被快速冷卻。生物樣品中的水被玻璃化冷凍后，樣品結構就得到了保持和固定，同時玻璃化冰也不會在真空環境中揮發，在一定程度上保護了樣品免受電子輻射的損傷。黃山快速冷凍顯微鏡技術服務中心

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