黃山低溫電子顯微鏡技術方案

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。雖然冷凍電鏡技術屬于前沿技術，但目前已經(jīng)有利用冷凍電鏡基于結構研發(fā)的藥物進入臨床試驗。黃山低溫電子顯微鏡技術方案

冷凍電鏡技術揭示生物分子細節(jié)：在透射電子顯微鏡下，高能電子束穿透每一個分子，如同X光穿過人的身體一樣，可以拍攝到分子的形貌和它內(nèi)部的結構信息。科學家們利用計算機將樣本里的每一個分子提取出來，把相似的分子予以歸類，然后疊加、平均獲得其內(nèi)部結構更為精細的圖像，由此得到分子不同方向的二維結構，較后經(jīng)過計算機三維重構算法，可以得到分子的三維模型。這一過程被稱為冷凍電鏡三維重構解析。冷凍電鏡技術的發(fā)展，使得現(xiàn)在的人類可以對細胞內(nèi)的生命活動有更多了解。未來，科學家將借助冷凍電鏡技術繼續(xù)對復雜生命體的解讀。荊州低溫透射電鏡技術應用冷凍電鏡技術之冷凍蝕刻電子顯微鏡優(yōu)點：樣品經(jīng)冷凍斷裂蝕刻后，能夠觀察到不同劈裂面的微細結構。

冷凍電子顯微技術的發(fā)展與完善經(jīng)歷了復雜而艱辛的探索，下面，我們將深入解析冷凍電子顯微鏡的工作原理、流程與儀器結構，揭開它的廬山真面目。樣品制備：樣品快速冷凍技術：樣品的原位冷凍固定處理是低溫電子顯微鏡標本制備的開始。冷凍電鏡采用的快速冷凍技術關鍵在于“快速”。這是由于：采用常規(guī)冷凍手段，水分子會在氫鍵作用下形成冰晶，一來會改變樣品結構，二來在成像過程中，冰晶體會產(chǎn)生強烈的電子衍射掩蓋樣品信號。而當冷凍速率足夠快時，水分子在形成晶體之前就會凝固成無定形的玻璃態(tài)冰，具有非晶態(tài)特性，保證了在電子束探測成像的過程中不會對樣品成像造成干擾。冷凍固定時，樣品首先放置在由液氮冷卻的容器中，隨后被快速浸入液態(tài)乙烷中。采用液態(tài)乙烷作為冷凍劑的目的是為了使冷凍速率足夠快，在冷凍過程中，樣品將以每秒104至106K的速度被快速冷卻。生物樣品中的水被玻璃化冷凍后，樣品結構就得到了保持和固定，同時玻璃化冰也不會在真空環(huán)境中揮發(fā)，在一定程度上保護了樣品免受電子輻射的損傷。

冷凍電鏡技術助力快速、高效的新藥研發(fā)：分子生物學興起后，基于靶點的藥物發(fā)現(xiàn)逐漸成為主流新藥研發(fā)模式。通常通過結構生物學方法獲得靶點及靶點-受體相互作用的結合位點。將靶點結構和結合位點作為模型進行虛擬篩選，并通過高通量的方法獲得可能結合的潛在分子，并進一步通過結構生物學方法直接解析靶點-潛在分子的高分辨率結構，進行潛在分子的確認。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。高分辨率的結構能夠清晰地描繪靶點與潛在分子相互作用的信息，包括結合表位、配體手性等，為潛在化合物的結構改造提供了指導。新的疾病或者突發(fā)流行病需要進行從頭藥物設計研究，這些應對性的藥物研發(fā)需要有大量基礎研究的積累。冷凍電鏡技術既完美契合了結構生物學的基礎研究，又能夠助力加速基于結構的藥物研發(fā)。冷凍電鏡技術助力快速、高效的新藥研發(fā)。

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。冷凍電鏡技術之冷凍蝕刻電子顯微鏡優(yōu)點：冷凍蝕刻的樣品，經(jīng)鉑、碳噴鍍而制備的復型膜具有很強的立體感。深圳透射電子顯微鏡技術服務

冷凍電鏡技術之冷凍透射電鏡是將樣品冷卻到液氮溫度，用于觀測蛋白、生物切片等對溫度敏感的樣品。黃山低溫電子顯微鏡技術方案

單顆粒冷凍電鏡技術的顆粒挑選：接下來需要從原始數(shù)據(jù)中篩選出顆粒投影，也被稱為“顆粒挑選”，顆粒挑選的好壞也將影響所有后續(xù)的分析和處理過程，是一個重要并且繁瑣的步驟。顆粒挑選方式可以分為手動挑選、半自動挑選和完全自動挑選這幾種。在早期的分析中，對于結構的了解還非常少，優(yōu)先考慮的都是人工挑選。但是自動的顆粒圖像獲取方法的出現(xiàn)使得在很短時間內(nèi)可以收集數(shù)十萬張顆粒圖像，人工挑選大量的顆粒圖像不太現(xiàn)實，并且人工的挑選通常會過于集中于某一類顆粒圖像，導致遺漏和偏差。半自動和全自動的方法主要有以下三類：(1)通過例如降噪、反襯增強、邊緣算子等圖像形態(tài)學方法搜索區(qū)域，基于數(shù)字圖像處理學的原理，將顆粒圖像與背景分離開來。(2)基于模板的方法，通過掃描數(shù)據(jù)圖像和已知的模板比較來挑選出潛在的顆粒圖像，模板的來源通常為手動選出的數(shù)據(jù)圖像中較為清晰的顆粒圖像，或者是已知結構的投影。(3)結合無模板和有模板的方法，通過一些有監(jiān)督的機器學習算法進行顆粒挑選。黃山低溫電子顯微鏡技術方案