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(yīng)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。冷凍電鏡技術(shù)使生物分子成像,變得更加簡單,把生物化學(xué)帶入了一個新紀(jì)元。襄陽透射電鏡技術(shù)哪里有
冷凍電子顯微鏡技術(shù)在20世紀(jì)70年代時提出,經(jīng)過近10年的努力,在80年代趨于成熟,近年來已經(jīng)進入了快速發(fā)展的時期。它的研究對象非常普遍,包括病毒、蛋白、肌絲、蛋白質(zhì)核昔酸復(fù)合體、亞細胞器等。一方面,冷凍電微鏡技術(shù)所研究的生物樣品既可以是具有二維晶體結(jié)構(gòu)的,也可以是非晶體的;而且對于樣品的分子量沒有限制。因此,很大程度突破了X-射線晶體學(xué)只能研究三維晶體樣品和核磁共振波譜學(xué)只能研究小分子量(小于100KD)樣品的限制。另一方面,生物樣品是通過快速冷凍的方法進行固定的,克了因化服學(xué)固定、染色、金屬鍍膜等過程對樣品構(gòu)象的影響,更加接近樣品的生活狀態(tài)。淮南低溫冷凍透射電鏡技術(shù)應(yīng)用冷凍電鏡技術(shù)主要研究組織、細胞和微生物中的超微結(jié)構(gòu)。
冷凍電鏡技術(shù)的應(yīng)用情況:近年來,冷凍電鏡技術(shù)在全球范圍被大眾所熟知,并且被越來越多的學(xué)術(shù)界和跨國制藥企業(yè)所采用。在藥物研發(fā)方面,多個跨國公司已經(jīng)將冷凍電鏡技術(shù)用于藥物發(fā)現(xiàn)。雖然冷凍電鏡技術(shù)屬于前沿技術(shù),但目前已經(jīng)有利用冷凍電鏡基于結(jié)構(gòu)研發(fā)的藥物進入臨床試驗。冷凍電鏡技術(shù)在藥品開發(fā)過程中的應(yīng)用實例,進一步說明該技術(shù)在藥品(生物制品)的質(zhì)量方面有前瞻性的意義。在回顧技術(shù)應(yīng)用的同時,也看到了未來冷凍電鏡技術(shù)在新藥研發(fā)方面的幾個前瞻方向。我們相信冷凍電鏡在基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計、生物制劑高級結(jié)構(gòu)表征、冷鏈運輸過程中的質(zhì)量控制中將發(fā)揮越來越重要的作用。
冷凍電鏡技術(shù)的儀器結(jié)構(gòu):冷凍電子顯微鏡的儀器結(jié)構(gòu)與透射電子顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)相似,只是在進樣之前搭載了液態(tài)乙烷罐與冷凍倉,保證在樣品快速冷凍后能夠即刻轉(zhuǎn)移至樣品倉內(nèi)。冷凍室:在實際操作中,向液態(tài)乙烷中投入樣品時,乙烷會在樣品周圍快速沸騰,形成絕緣氣態(tài)膜,減慢向低溫液體的熱傳遞,稱為萊頓弗羅斯效果好應(yīng)。因此要使厚度超過幾微米的樣品中的水以足夠高的冷卻速度產(chǎn)生非晶冰非常困難。冷凍室中加入旋轉(zhuǎn)葉片真空泵將冷凍劑泵入,可以提高冷卻速度。冷凍電鏡技術(shù),是用于掃描電鏡的很低溫冷凍制樣及傳輸技術(shù)。
冷凍電子顯微鏡技術(shù)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(guān)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(yán)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(shù)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(shù)中的電子斷層掃描技術(shù)(cryogeniccomputedtomography):進行斷層掃描時,樣品被連續(xù)不停地旋轉(zhuǎn),并在每個旋轉(zhuǎn)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(dāng)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(jié)構(gòu)。冷凍電鏡技術(shù)能夠揭示生物分子細節(jié)。東莞冷凍透射電子顯微鏡技術(shù)品牌
冷凍電鏡“分辨率改變”使其成為獲得優(yōu)于3?結(jié)構(gòu)的常規(guī)技術(shù)。襄陽透射電鏡技術(shù)哪里有
冷凍電鏡技術(shù)也正在成為助力醫(yī)藥研發(fā)的有力手段。依托對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解,科學(xué)家正在開發(fā)更有效的治Ca藥、打菌素、止痛藥、麻醉劑等。中國過去10多年里,建成了世界上較大的冷凍電鏡設(shè)施。中國的科學(xué)家,也在冷凍電鏡領(lǐng)域取得了很多舉世矚目的成就,引起了世界的普遍關(guān)注。比如清華大學(xué)的施一公團隊,對老年癡呆癥相關(guān)的重要蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進行了解析,對于我們理解它的發(fā)病機理甚至開發(fā)重要治療方法有重要意義。他們對剪接體復(fù)合體一系列結(jié)構(gòu)的研究幫助我們理解細胞的演化、細胞的基因調(diào)控和其他一些相關(guān)疾病有著重要意義。2019年,中國科學(xué)家利用冷凍電鏡技術(shù)解析到世界上目前分辨率較高的豬瘟病毒結(jié)構(gòu),這對我們了解該病毒的發(fā)病機理,以及如何更好開發(fā)疫苗具有重要意義。襄陽透射電鏡技術(shù)哪里有