杭州冷凍透射電鏡技術(shù)服務中心

冷凍電鏡技術(shù)近年來獲得了迅猛的發(fā)展，取得了許多具有重大意義的成果。冷凍電鏡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、更接近天然狀態(tài)、適用研究對象普遍等優(yōu)勢。同時，系統(tǒng)地綜述了冷凍電鏡技術(shù)在科學研究中的應用，并展望冷凍電鏡技術(shù)未來的發(fā)展。冷凍電鏡（cryo-electronmicroscopy，cryo-EM）技術(shù)，是在低溫下使用透射電子顯微鏡觀察樣品的顯微技術(shù)，即把樣品冷凍并保持低溫放進顯微鏡里面，用高度相干的電子作為光源從上面照射，透過樣品和附近的冰層，受到散射，再利用探測器和透鏡系統(tǒng)把散射信號成像記錄下來，較后進行信號處理，得到樣品的結(jié)構(gòu)。冷凍電鏡技術(shù)中的單顆粒分析法在分析具有同質(zhì)性結(jié)構(gòu)的樣品時表現(xiàn)出更方便、更優(yōu)異的成像能力。杭州冷凍透射電鏡技術(shù)服務中心

單顆粒冷凍電鏡技術(shù)：生物大分子快速冷凍后，在低溫下利用透射電子顯微鏡對結(jié)構(gòu)均一、分散的全同樣品顆粒進行成像，再經(jīng)圖像處理及重構(gòu)計算獲得樣品的三維結(jié)構(gòu)?？裳芯可锎蠓肿釉谌芤褐械慕Y(jié)構(gòu)及構(gòu)象變化、無需結(jié)晶、所需樣品量相對較少，適合于蛋白質(zhì)、病毒等生物大分子及其復合物的結(jié)構(gòu)生物學研究。樣品制備：可以根據(jù)樣品、電鏡載網(wǎng)和其他使用條件，摸索合適的單顆粒樣品制備條件，純化、收集濃度范圍從幾微升50nM至5uM濃度的蛋白溶液來制備單顆粒電鏡樣品。在-196℃時，組織中的生物大分子能夠長期保持穩(wěn)定性、細胞活性及組織微觀結(jié)構(gòu)，同時，在低溫下，生物樣品耐受電子輻照劑量增強，且其在電鏡鏡筒的高真空環(huán)境中脫水變形的問題也得以解決。Vitrobot和EMGP2均能夠提供快速、簡單、可重復的安自動化樣品玻璃化制備過程，其在恒定的物理和機械條件下（如溫度、相對濕度、吸濕條件和冷凍速度）對樣品進行冷凍固定確保生物樣品在低溫狀態(tài)下仍保持天然構(gòu)象。上海生物冷凍透射電子顯微鏡技術(shù)用途冷凍電鏡技術(shù)能夠揭示生物分子細節(jié)。

低溫冷凍透射電鏡技術(shù)的特點：相對于常溫透射電鏡，低溫透射電鏡的優(yōu)勢有：①快速冷凍制樣技術(shù)將樣品固定在玻璃態(tài)的冰層中，避免了水或溶劑結(jié)晶對樣品結(jié)構(gòu)的破壞，能夠保持液相中有機分子自組裝體和化學反應中間體的微觀結(jié)構(gòu)，避免了樣品干燥引起的結(jié)構(gòu)變化;②高分子及化學反應體系常常具有非平衡態(tài)結(jié)構(gòu)，快速冷凍制樣技術(shù)能夠保持住非平衡態(tài)結(jié)構(gòu)，進而得以觀察;③低溫條件能夠盡可能保持有機和高分子等軟物質(zhì)材料的微觀結(jié)構(gòu)，明顯減少電子束對樣品的損傷。

冷凍電鏡技術(shù)基本原理之三維冷凍電鏡技術(shù)：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(shù)得到樣品的三維結(jié)構(gòu)。冷凍電鏡技術(shù)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(chǔ)上放大了1000倍。冷凍電鏡技術(shù)之冷凍蝕刻電子顯微鏡優(yōu)點：樣品通過冷凍，可使其微細結(jié)構(gòu)接近于活的狀態(tài)。

冷凍電鏡技術(shù)中的電子斷層掃描技術(shù)與單顆粒分析法的比較：單顆粒分析法：它的優(yōu)點：解析生物大分子的理論分辨率可達原子級；樣品受總輻射值??；對稱顆粒的解析分辨率更高；分子量越大，結(jié)果越好；電子斷層掃描技術(shù)：優(yōu)點：簡單直接；對樣品的要求較低；常用于對細胞或者生物組織結(jié)構(gòu)的三維重構(gòu)；但是，對同一樣品位置多次拍照時，電子束對樣品的輻照損傷就會成為了比較嚴重的問題；當樣品旋轉(zhuǎn)角度受到電子束透過樣品厚度能力的限制。冷凍電鏡技術(shù)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(chǔ)。汕頭Cryo-TEM技術(shù)特點

冷凍電鏡技術(shù)主要研究組織、細胞和微生物中的超微結(jié)構(gòu)。杭州冷凍透射電鏡技術(shù)服務中心

冷凍電鏡技術(shù)總結(jié)：電子斷層成像技術(shù)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(shù)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(shù)的目標變得簡單了。在不久的將來關(guān)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(guān)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(shù)中目前只一能達到原子分辨率水平的方法。杭州冷凍透射電鏡技術(shù)服務中心

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