黃山低溫電子顯微鏡技術(shù)方案

冷凍電鏡技術(shù)之冷凍掃描電鏡：掃描電鏡工作者都面臨著一個(gè)不能回避的事實(shí)，就是所有生命科學(xué)以及許多材料科學(xué)的樣品都含有液體成分。很多動(dòng)植物組織的含水量達(dá)到98%，這是掃描電鏡工作者比較難對(duì)付的樣品問(wèn)題。冷凍掃描電鏡(Cryo-SEM)技術(shù)是克服樣品含水問(wèn)題的一個(gè)快速、可靠和有效的方法。這種技術(shù)還被普遍地用于觀察一些“困難”樣品，如那些對(duì)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(yīng)用于任何真空狀態(tài)，包括裝于掃描電鏡的Peltier臺(tái)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(diǎn)，如具有冷凍斷裂的能力以及可以通過(guò)控制樣品升華刻蝕來(lái)選擇性地去除表面水分(冰)等。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(jìn)入臨床試驗(yàn)。黃山低溫電子顯微鏡技術(shù)方案

冷凍電鏡技術(shù)揭示生物分子細(xì)節(jié)：在透射電子顯微鏡下，高能電子束穿透每一個(gè)分子，如同X光穿過(guò)人的身體一樣，可以拍攝到分子的形貌和它內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息?？茖W(xué)家們利用計(jì)算機(jī)將樣本里的每一個(gè)分子提取出來(lái)，把相似的分子予以歸類，然后疊加、平均獲得其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為精細(xì)的圖像，由此得到分子不同方向的二維結(jié)構(gòu)，較后經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)三維重構(gòu)算法，可以得到分子的三維模型。這一過(guò)程被稱為冷凍電鏡三維重構(gòu)解析。冷凍電鏡技術(shù)的發(fā)展，使得現(xiàn)在的人類可以對(duì)細(xì)胞內(nèi)的生命活動(dòng)有更多了解。未來(lái)，科學(xué)家將借助冷凍電鏡技術(shù)繼續(xù)對(duì)復(fù)雜生命體的解讀。荊州低溫透射電鏡技術(shù)應(yīng)用冷凍電鏡技術(shù)之冷凍蝕刻電子顯微鏡優(yōu)點(diǎn)：樣品經(jīng)冷凍斷裂蝕刻后，能夠觀察到不同劈裂面的微細(xì)結(jié)構(gòu)。

冷凍電子顯微技術(shù)的發(fā)展與完善經(jīng)歷了復(fù)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(jié)構(gòu)，揭開它的廬山真面目。樣品制備：樣品快速冷凍技術(shù)：樣品的原位冷凍固定處理是低溫電子顯微鏡標(biāo)本制備的開始。冷凍電鏡采用的快速冷凍技術(shù)關(guān)鍵在于“快速”。這是由于：采用常規(guī)冷凍手段，水分子會(huì)在氫鍵作用下形成冰晶，一來(lái)會(huì)改變樣品結(jié)構(gòu)，二來(lái)在成像過(guò)程中，冰晶體會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電子衍射掩蓋樣品信號(hào)。而當(dāng)冷凍速率足夠快時(shí)，水分子在形成晶體之前就會(huì)凝固成無(wú)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(cè)成像的過(guò)程中不會(huì)對(duì)樣品成像造成干擾。冷凍固定時(shí)，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(guò)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(jié)構(gòu)就得到了保持和固定，同時(shí)玻璃化冰也不會(huì)在真空環(huán)境中揮發(fā)，在一定程度上保護(hù)了樣品免受電子輻射的損傷。

冷凍電鏡技術(shù)助力快速、高效的新藥研發(fā)：分子生物學(xué)興起后，基于靶點(diǎn)的藥物發(fā)現(xiàn)逐漸成為主流新藥研發(fā)模式。通常通過(guò)結(jié)構(gòu)生物學(xué)方法獲得靶點(diǎn)及靶點(diǎn)-受體相互作用的結(jié)合位點(diǎn)。將靶點(diǎn)結(jié)構(gòu)和結(jié)合位點(diǎn)作為模型進(jìn)行虛擬篩選，并通過(guò)高通量的方法獲得可能結(jié)合的潛在分子，并進(jìn)一步通過(guò)結(jié)構(gòu)生物學(xué)方法直接解析靶點(diǎn)-潛在分子的高分辨率結(jié)構(gòu)，進(jìn)行潛在分子的確認(rèn)。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)。高分辨率的結(jié)構(gòu)能夠清晰地描繪靶點(diǎn)與潛在分子相互作用的信息，包括結(jié)合表位、配體手性等，為潛在化合物的結(jié)構(gòu)改造提供了指導(dǎo)。新的疾病或者突發(fā)流行病需要進(jìn)行從頭藥物設(shè)計(jì)研究，這些應(yīng)對(duì)性的藥物研發(fā)需要有大量基礎(chǔ)研究的積累。冷凍電鏡技術(shù)既完美契合了結(jié)構(gòu)生物學(xué)的基礎(chǔ)研究，又能夠助力加速基于結(jié)構(gòu)的藥物研發(fā)。冷凍電鏡技術(shù)助力快速、高效的新藥研發(fā)。

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

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

單顆粒冷凍電鏡技術(shù)的顆粒挑選：接下來(lái)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(guò)程，是一個(gè)重要并且繁瑣的步驟。顆粒挑選方式可以分為手動(dòng)挑選、半自動(dòng)挑選和完全自動(dòng)挑選這幾種。在早期的分析中，對(duì)于結(jié)構(gòu)的了解還非常少，優(yōu)先考慮的都是人工挑選。但是自動(dòng)的顆粒圖像獲取方法的出現(xiàn)使得在很短時(shí)間內(nèi)可以收集數(shù)十萬(wàn)張顆粒圖像，人工挑選大量的顆粒圖像不太現(xiàn)實(shí)，并且人工的挑選通常會(huì)過(guò)于集中于某一類顆粒圖像，導(dǎo)致遺漏和偏差。半自動(dòng)和全自動(dòng)的方法主要有以下三類：(1)通過(guò)例如降噪、反襯增強(qiáng)、邊緣算子等圖像形態(tài)學(xué)方法搜索區(qū)域，基于數(shù)字圖像處理學(xué)的原理，將顆粒圖像與背景分離開來(lái)。(2)基于模板的方法，通過(guò)掃描數(shù)據(jù)圖像和已知的模板比較來(lái)挑選出潛在的顆粒圖像，模板的來(lái)源通常為手動(dòng)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(jié)構(gòu)的投影。(3)結(jié)合無(wú)模板和有模板的方法，通過(guò)一些有監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行顆粒挑選。黃山低溫電子顯微鏡技術(shù)方案