黃山透射電鏡技術(shù)平臺

冷凍電鏡技術(shù)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(lǐng)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(shù)，冷凍電鏡技術(shù)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(shè)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(shù)，未來必定擁有更加廣闊的應用前景。冷凍電鏡技術(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)。黃山透射電鏡技術(shù)平臺

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。徐州Cryo-TEM技術(shù)方案冷凍電鏡技術(shù)的獨特優(yōu)勢：它與X射線晶體學、核磁共振一起構(gòu)成了結(jié)構(gòu)生物學研究的基礎(chǔ)。

冷凍電鏡技術(shù)的原理：冷凍電子顯微學解析生物大分子及細胞結(jié)構(gòu)的中心是透射電鏡成像，其基本過程包括樣品制備、透射電鏡成像、圖像處理及結(jié)構(gòu)解析等幾個基本步驟。在透射電鏡成像中，電子槍產(chǎn)生的電子在高壓電場中被加速至亞光速并在高真空的顯微鏡內(nèi)部運動，根據(jù)高速運動的電子在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原理，透射電鏡中的一系列電磁透鏡對電子進行匯聚，并對穿透樣品過程中與樣品發(fā)生相互作用的電子進行聚焦成像以及放大，Z后在記錄介質(zhì)上形成樣品放大幾千倍至幾十萬倍的圖像，利用計算機對這些放大的圖像進行處理分析即可獲得樣品的精細結(jié)構(gòu)。

冷凍電鏡技術(shù)究竟是什么呢？一直以來，科學家們不斷進行基礎(chǔ)生命科學的探究，探究細胞內(nèi)的生命規(guī)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(fā)展到了微觀生物分子的結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(zhì)量?？茖W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(fā)展，冷凍電鏡技術(shù)越來越多地應用于活性生物分子結(jié)構(gòu)的解析中。冷凍電鏡技術(shù)測定結(jié)構(gòu)的幾種方法：X射線晶體學、NMR、和冷凍電鏡技術(shù)。

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。冷凍電鏡技術(shù)采用的快速冷凍技術(shù)關(guān)鍵在于“快速”。宜昌單顆粒冷凍電鏡技術(shù)方案

冷凍電鏡技術(shù)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。黃山透射電鏡技術(shù)平臺

冷凍電鏡技術(shù)在結(jié)構(gòu)生物學中的應用：冷凍電鏡技術(shù)主要應用在單個蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的分析方面。此外，冷凍電子顯微鏡技術(shù)還將普遍應用于細胞組織的超微結(jié)構(gòu)解析，對解開生命活動的規(guī)律和機制等奧秘會產(chǎn)生更大影響。有人創(chuàng)造了利用冷凍電鏡單顆粒分析技術(shù)解析至近原子分辨率的分子量較小的生物大分子的記錄。施一公研究組解析了γ-secretase蛋白質(zhì)和RyR-1蛋白質(zhì)。研究組解析了Mammalianrespirasome蛋白質(zhì)。隨著越來越多蛋白質(zhì)神秘面紗的揭開，我們可以更好地解釋各種各樣的生命活動發(fā)生的原因和機理。利用冷凍電鏡技術(shù)觀察到的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，我們可以定向改造或構(gòu)建新的蛋白質(zhì)用于科研或醫(yī)療領(lǐng)域。黃山透射電鏡技術(shù)平臺