黃山透射電鏡技術(shù)平臺(tái)

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(lái)自樣品的電子信號(hào)，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(fù)責(zé)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(dòng)平臺(tái)組成。冷凍電鏡已經(jīng)能解析出生物大分子的原子級(jí)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(zhǎng)久以來(lái)，冷凍電鏡在結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域取得了巨大成功，目前，多構(gòu)象蛋白的三維分類問(wèn)題和生物大分子的動(dòng)力學(xué)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(wèn)題展開(kāi)。而作為一種低信號(hào)源激發(fā)測(cè)試技術(shù)，冷凍電鏡技術(shù)在一些對(duì)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(diǎn)等精細(xì)結(jié)構(gòu)的物理表征與機(jī)理研究中也具有巨大的應(yīng)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(jìn)，這項(xiàng)帶著結(jié)構(gòu)生物化學(xué)研究邁入新紀(jì)元的技術(shù)，未來(lái)必定擁有更加廣闊的應(yīng)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(tái)

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(guò)程的第一步。對(duì)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(guò)程通常會(huì)對(duì)顆粒圖像應(yīng)用一些變換操作，通過(guò)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(yàn)信息得到的模板。隨著圖像匹配的完成，顆粒圖像需要進(jìn)行分類。主要利用多元統(tǒng)計(jì)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(jìn)行分類和排序。二維圖像分析的目的是，首先通過(guò)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(jìn)行圖像分類，較終可以對(duì)類內(nèi)顆粒圖像進(jìn)行平均，提高信噪比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dú)特優(yōu)勢(shì)：它與X射線晶體學(xué)、核磁共振一起構(gòu)成了結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。

冷凍電鏡技術(shù)的原理：冷凍電子顯微學(xué)解析生物大分子及細(xì)胞結(jié)構(gòu)的中心是透射電鏡成像，其基本過(guò)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(gè)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(chǎng)中被加速至亞光速并在高真空的顯微鏡內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的電子在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原理，透射電鏡中的一系列電磁透鏡對(duì)電子進(jìn)行匯聚，并對(duì)穿透樣品過(guò)程中與樣品發(fā)生相互作用的電子進(jìn)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(wàn)倍的圖像，利用計(jì)算機(jī)對(duì)這些放大的圖像進(jìn)行處理分析即可獲得樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)。

冷凍電鏡技術(shù)究竟是什么呢？一直以來(lái)，科學(xué)家們不斷進(jìn)行基礎(chǔ)生命科學(xué)的探究，探究細(xì)胞內(nèi)的生命規(guī)律，為人類健康及其他學(xué)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(xué)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(duì)生命過(guò)程的認(rèn)知。充分的基礎(chǔ)研究不只能幫助我們深刻認(rèn)識(shí)生命過(guò)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(xué)家們能夠通過(guò)生命科學(xué)研究幫助確定新的藥物靶點(diǎn)，并進(jìn)行基于靶點(diǎn)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(lái)越多地應(yīng)用于活性生物分子結(jié)構(gòu)的解析中。冷凍電鏡技術(shù)測(cè)定結(jié)構(gòu)的幾種方法：X射線晶體學(xué)、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(duì)結(jié)構(gòu)均一、分散的全同樣品顆粒進(jìn)行成像，再經(jīng)圖像處理及重構(gòu)計(jì)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(wú)需結(jié)晶、所需樣品量相對(duì)較少，適合于蛋白質(zhì)、病毒等生物大分子及其復(fù)合物的結(jié)構(gòu)生物學(xué)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(lái)制備單顆粒電鏡樣品。在-196℃時(shí)，組織中的生物大分子能夠長(zhǎng)期保持穩(wěn)定性、細(xì)胞活性及組織微觀結(jié)構(gòu)，同時(shí)，在低溫下，生物樣品耐受電子輻照劑量增強(qiáng)，且其在電鏡鏡筒的高真空環(huán)境中脫水變形的問(wèn)題也得以解決。Vitrobot和EMGP2均能夠提供快速、簡(jiǎn)單、可重復(fù)的安自動(dòng)化樣品玻璃化制備過(guò)程，其在恒定的物理和機(jī)械條件下（如溫度、相對(duì)濕度、吸濕條件和冷凍速度）對(duì)樣品進(jìn)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(duì)象、分辨率水平和研究方法等各個(gè)方面取得重大進(jìn)展。黃山透射電鏡技術(shù)平臺(tái)

冷凍電鏡技術(shù)在結(jié)構(gòu)生物學(xué)中的應(yīng)用：冷凍電鏡技術(shù)主要應(yīng)用在單個(gè)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(yīng)用于細(xì)胞組織的超微結(jié)構(gòu)解析，對(duì)解開(kāi)生命活動(dòng)的規(guī)律和機(jī)制等奧秘會(huì)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(lái)越多蛋白質(zhì)神秘面紗的揭開(kāi)，我們可以更好地解釋各種各樣的生命活動(dòng)發(fā)生的原因和機(jī)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(tái)