韶關原位冷凍電鏡技術用途

單顆粒冷凍電鏡技術二維圖像分析——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構過程的第一步。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還有神經(jīng)網(wǎng)絡分類，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)對高分辨率三維結構的構建。冷凍電鏡技術采用的快速冷凍技術關鍵在于“快速”。韶關原位冷凍電鏡技術用途

冷凍電鏡技術工作流程：首先是樣品制備。高純度、高濃度的蛋白樣品溶液被滴在一個特制的樣品載網(wǎng)上面。載網(wǎng)由一張布滿小孔的超薄非晶碳薄膜和金屬支撐框架組成，在表面張力的作用下，微孔上會形成一層跨孔的薄水膜。將多余溶液吸走后，把載有蛋白溶液超薄膜的載網(wǎng)迅速投入到液態(tài)乙烷冷凍劑中使其快速冷凍，從而使蛋白質(zhì)分散固定在玻璃態(tài)的冰膜中。然后電鏡圖像采集。選擇較有可能產(chǎn)生較佳圖像的較佳顆粒密度和玻璃態(tài)冰厚度的樣品?；茨贤干潆婄R技術平臺冷凍電子顯微鏡技術之樣品成像：低劑量輻照成像，普通樣品材料在進行表征時，電子劑量越高成像質(zhì)量越好。

什么是冷凍電鏡技術？冷凍電鏡技術，全稱是冷凍電子顯微鏡技術，是在低溫下使用透射電子顯微鏡觀察樣品的顯微技術。冷凍電鏡技術，是一種重要的結構生物學研究方法，它與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。冷凍電鏡技術的研究，主要是冷凍成像和蛋白快速冷凍技術。根據(jù)諾貝爾獎評委會的說法，冷凍電鏡技術使生物分子成像，變得更加簡單，把生物化學帶入了一個新紀元。這項技術可以用來確定，溶液中生物分子的高清晰度結構。冷凍電鏡技術其實比較抽象，一直以來它主要的問題是其圖像噪音極高、信號極低，研究的目標是從中提取近原子分辨率的結構信息。可以形象的比喻為在一個機器轟鳴的工廠，監(jiān)測一只螞蟻爬行的聲音。冷凍電鏡的目標，就是要完成這項艱巨的任務。因此，可見這項技術成果的科學價值。

冷凍電子顯微鏡技術之樣品成像：低劑量輻照成像，普通的樣品材料在進行TEM表征時，電子劑量越高，成像質(zhì)量越好。但生物樣品受到的輻照損傷卻是和累積的輻照總劑量相關的。更詳細一點說，隨著輻照劑量的增加，輻照損傷對高分辨細節(jié)的破壞更嚴重。因此，為了盡可能地獲得更多的細節(jié)，就必須要對樣品采用用低劑量輻照成像。在冷凍電鏡技術中，常用的低劑量輻照成像法有兩種：冷凍電子斷層掃描法，單顆粒分析成像法。冷凍電鏡技術中的電子斷層掃描技術（cryogeniccomputedtomography）：進行斷層掃描時，樣品被連續(xù)不停地旋轉，并在每個旋轉角度上都進行一次成像。每一幅電子顯微像是物體在不同投影方向的二維投影像,經(jīng)傅立葉變換會得到一系列不同取向的截面，當截面足夠多時，會得到傅立葉空間的三維信息，再經(jīng)傅立葉反變換便能得到物體的三維結構。冷凍電鏡技術，是用于掃描電鏡的很低溫冷凍制樣及傳輸技術。

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構。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構，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構信息以及其與其它大分子的相互作用信息。冷凍電鏡技術的獨特優(yōu)勢：更接近天然狀態(tài)，不需要蛋白質(zhì)結晶?；茨贤干潆婄R技術平臺

冷凍電鏡“分辨率改變”使其成為獲得優(yōu)于3?結構的常規(guī)技術。韶關原位冷凍電鏡技術用途

單顆粒冷凍電鏡技術的圖像處理技術：經(jīng)過多年的發(fā)展，目前冷凍電鏡的數(shù)據(jù)處理部分主要包含了以下的流程：(1)襯度傳遞函數(shù)的修正(CTFcorrection)；(2)樣品分子投影數(shù)據(jù)的篩選(particleselection)；(3)二維投影數(shù)據(jù)的分類和降噪(2Danalysis)；(4)三維模型的重構和優(yōu)化(3Dreconstructionandrefinement)；(5)多重構象的結構分析(heterogeneityanalysis)；(6)對重建結構分辨率的分析(structureresolutionassessment)；(7)結合生物化學原理和實驗數(shù)據(jù)對三維結構的解讀(modelinterpretationandvalidation)。韶關原位冷凍電鏡技術用途