冷凍電子顯微技術主要包括單顆粒冷凍電鏡技術和冷凍電子斷層掃描技術。單顆粒冷凍電鏡技術首先捕獲大量隨機分布的同一種生物樣品的二維圖像，然后通過圖像處理算法解析其三維結(jié)構(gòu)。近年來，隨著冷凍電鏡設備和計算機軟硬件的快速發(fā)展，特別是隨著直接電子探測器在冷凍電鏡中的應用，單顆粒冷凍電鏡技術邁進了原子分辨率水平，在生物學、醫(yī)學和新藥研發(fā)等領域發(fā)揮著越來越重要的作用。冷凍電鏡通過記錄單個生物樣品在傾斜旋轉(zhuǎn)過程中投影的一系列二維圖像，采用特殊的算法計算，將二維圖像重構(gòu)為三維斷層圖像。冷凍電鏡主要研究組織、細胞和微生物中的超微結(jié)構(gòu)，它能夠提供生理環(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(jié)構(gòu)信息以及其與其它大分子的相互作用信息。冷凍電鏡技術的基本原理是將生物大分子溶液置于電鏡載網(wǎng)上形成一層非常薄的水膜。徐州低溫冷凍透射電子顯微鏡技術用途

冷凍電鏡技術總結(jié)：電子斷層成像技術則可用來研究一定厚度的亞細胞器在天然狀態(tài)下的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由于樣品厚度的限制，能看到500-1000nm左右厚度的結(jié)構(gòu)，的也可以了解整個細胞不同層面的內(nèi)部結(jié)構(gòu).盡管，我們能夠預言按目前電子冷凍斷層成像技術的發(fā)展會得到許多更誘人的信息。細胞內(nèi)存在大量分子機器和生物大分子復合物，并且與單個超分子相比要大，更容易對其進行識別。這樣的事實使斷層技術的目標變得簡單了。在不久的將來關于細胞骨架，核孔復合體和核纖層，囊泡聚集和運輸復合物以及其他一些細胞成分的一些基本問題會得到更清晰的闡釋。這兩種方法都不需要對樣品進行結(jié)晶，快速含水冰凍的制樣過程既不復雜，又保存了樣品的瞬時天然結(jié)構(gòu)，有利于對復合物的功能進行研究，圖像自動化篩選過程將是今后提高分辨率的關鍵環(huán)節(jié)。而電子晶體學則對具有對稱結(jié)構(gòu)的樣品進行三維重構(gòu)具有很大的優(yōu)勢，比如二十面體病毒，螺旋對稱結(jié)構(gòu)等，尤其適合膜蛋白的三維結(jié)構(gòu)，并且是電子顯微術中目前只一能達到原子分辨率水平的方法。徐州低溫冷凍透射電子顯微鏡技術用途冷凍電鏡“分辨率改變”使其成為獲得優(yōu)于3?結(jié)構(gòu)的常規(guī)技術。

冷凍電鏡技術基本原理之三維冷凍電鏡技術：樣品經(jīng)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(gòu)的技術得到樣品的三維結(jié)構(gòu)。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(jīng)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(nèi)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。冷凍電鏡技術的獨特優(yōu)勢：更接近天然狀態(tài)，不需要蛋白質(zhì)結(jié)晶。

冷凍電鏡技術揭示生物分子細節(jié)：科學家在透射電子顯微鏡之上發(fā)明了冷凍電鏡，實現(xiàn)了生物分子“近原子級”的分辨率，讓人類終于可以一窺究竟生物分子是如何執(zhí)行其功能。在過去幾年里，冷凍電子顯微鏡技術逐漸成為結(jié)構(gòu)生物學的重要研究工具。冷凍電鏡技術的基本原理是將生物大分子溶液置于電鏡載網(wǎng)上形成一層非常薄的水膜，然后利用快速冷凍技術將其瞬間冷凍至液氮溫度下。冷凍速度非常快，以至于水膜無法形成晶體，而是形成一層玻璃態(tài)的冰。生物大分子就被固定在這層薄冰里。將這樣的冷凍樣品保持低溫放置在透射電子顯微鏡下觀察，從而獲得生物大分子的結(jié)構(gòu)，被稱為冷凍電鏡技術。冷凍電鏡技術與X射線晶體學、核磁共振一起構(gòu)成了高分辨率結(jié)構(gòu)生物學研究的基礎。徐州低溫冷凍透射電子顯微鏡技術用途

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。徐州低溫冷凍透射電子顯微鏡技術用途

冷凍電鏡技術的儀器結(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)負責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)生物學領域取得了巨大成功，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，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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。徐州低溫冷凍透射電子顯微鏡技術用途

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