荊州單顆粒冷凍電鏡技術(shù)方案

什么是冷凍電鏡技術(shù)？冷凍電鏡技術(shù)，全稱是冷凍電子顯微鏡技術(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)。冷凍電鏡技術(shù)，是一種重要的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究方法，它與X射線晶體學(xué)、核磁共振一起構(gòu)成了高分辨率結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。冷凍電鏡技術(shù)的研究，主要是冷凍成像和蛋白快速冷凍技術(shù)。根據(jù)諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)的說法，冷凍電鏡技術(shù)使生物分子成像，變得更加簡(jiǎn)單，把生物化學(xué)帶入了一個(gè)新紀(jì)元。這項(xiàng)技術(shù)可以用來確定，溶液中生物分子的高清晰度結(jié)構(gòu)。冷凍電鏡技術(shù)其實(shí)比較抽象，一直以來它主要的問題是其圖像噪音極高、信號(hào)極低，研究的目標(biāo)是從中提取近原子分辨率的結(jié)構(gòu)信息?？梢孕蜗蟮谋扔鳛樵谝粋€(gè)機(jī)器轟鳴的工廠，監(jiān)測(cè)一只螞蟻爬行的聲音。冷凍電鏡的目標(biāo)，就是要完成這項(xiàng)艱巨的任務(wù)。因此，可見這項(xiàng)技術(shù)成果的科學(xué)價(jià)值。將冷凍樣品保持低溫放置在透射電子顯微鏡下觀察，從而獲得生物大分子的結(jié)構(gòu)，被稱為冷凍電鏡技術(shù)。荊州單顆粒冷凍電鏡技術(shù)方案

單顆粒冷凍電鏡技術(shù)樣品的篩選和數(shù)據(jù)采集：在開始高分辨數(shù)據(jù)采集前，可以利用冷凍電鏡先對(duì)樣品質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，包括但不限于蛋白濃度、穩(wěn)定性和分布，冰層厚度、質(zhì)量和載網(wǎng)各處的均一性等的檢查。用戶可以在120kV電鏡或200kV電鏡上進(jìn)行此篩樣過程。待到樣品通過篩選，用戶可以利用300kV或200kV電鏡采集更大的數(shù)據(jù)量來幫助開展2D和3D分析。200kV-TalosArctica透射電鏡配備了直接電子探測(cè)相機(jī)FalconIII,在樣品質(zhì)量較高時(shí)，較高可以獲得<3?的數(shù)據(jù)。目前的300kV-TitianKrios透射電鏡有兩套，其中一臺(tái)配備了目前行業(yè)前列的K3直接電子探測(cè)相機(jī)，另一臺(tái)配備有K2相機(jī)和能量過濾器，兩套電鏡均能夠進(jìn)行全自動(dòng)、長(zhǎng)時(shí)間無人照看的數(shù)據(jù)收集操作，可實(shí)現(xiàn)樣品的大規(guī)模數(shù)據(jù)采集，并獲得極高分辨率的結(jié)構(gòu)信息。收集得到數(shù)以萬計(jì)的單顆粒物照片后，用戶可以使用平臺(tái)集群已安裝的常用三維重構(gòu)計(jì)算軟件以及相關(guān)生物軟件對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行計(jì)算處理。無錫冷凍透射電鏡技術(shù)特點(diǎn)冷凍電鏡技術(shù)就是在傳統(tǒng)透射電子顯微鏡之上，加上了低溫傳輸系統(tǒng)和冷凍防污染系統(tǒng)。

冷凍電子顯微鏡技術(shù)步驟之樣品制備：用于冷凍電鏡研究的生物樣品必須非常純凈。生物樣品是在高真空的條件下成像的，所以樣品的制備既要能夠保持本身的結(jié)構(gòu)又能抗脫水、電子輻射?，F(xiàn)在普遍采用的方法是通過快速冷凍使含水樣品中的水處于玻璃態(tài)，也就是在親水的支持膜上將含水樣品包埋在一層較樣品略高的薄冰內(nèi)。冰的結(jié)構(gòu)多種多樣，包括六角形冰、立方體冰等，其物理狀態(tài)與冷凍速率有關(guān)。若要形成玻璃態(tài)(即無定形態(tài))的冰，需要冷凍速率達(dá)到每秒鐘104攝氏度。此時(shí)，冰的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)各向同性，不會(huì)因成像角度不同而導(dǎo)致圖像產(chǎn)生偏差。該方法有兩個(gè)步驟:一是將樣品在載網(wǎng)上形成一薄層水膜:二是將第步獲得的含水薄膜樣品快速冷凍。在多數(shù)情況下，用手工將載網(wǎng)迅速浸入液氮內(nèi)可使水冷凍成為玻璃態(tài)。其優(yōu)點(diǎn)在于將樣品保持在接近生活狀態(tài)，不會(huì)因脫水而變形，同時(shí)可以減少輻射損傷。

冷凍電子顯微鏡技術(shù)中電子斷層掃描重構(gòu)技術(shù)：電子斷層掃描技術(shù)是從一個(gè)物體的投影圖像重構(gòu)獲得物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的技術(shù)，通過獲取同一物體的多個(gè)連續(xù)角度下的二維投影圖來反向重構(gòu)它的三維結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單地說，電子斷層掃描技術(shù)就是將一個(gè)物體(樣品)沿著一個(gè)與電子束垂直的軸旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，采集這個(gè)物體在相對(duì)應(yīng)方向上的二維投影像，通過對(duì)這些二維投影圖的處理(相互配準(zhǔn))，將不同角度的二維投影圖反向重構(gòu)(如加權(quán)背投影等方法)，獲得樣品整體三維結(jié)構(gòu)的技術(shù)。電子斷層成像適合于在納米級(jí)尺度上研究不具有結(jié)構(gòu)均一性的蛋白、病毒、細(xì)胞器以及它們之間組成的復(fù)合體的三維結(jié)構(gòu)。與電子晶體學(xué)和單顆粒技術(shù)相比，這種技術(shù)無需樣品顆粒具有結(jié)構(gòu)同一性，也不強(qiáng)調(diào)樣品具有一定的對(duì)稱性。因此，雖然目前電子斷層成像所獲得的結(jié)構(gòu)的分辨率(約4~10納米)不能與以上兩種技術(shù)相比，但其在研究非定形、不對(duì)稱和不具全同性的生物樣品的三維結(jié)構(gòu)和功能中有著不可替代的作用。冷凍電子顯微鏡技術(shù)之樣品成像：低劑量輻照成像，普通樣品材料在進(jìn)行表征時(shí)，電子劑量越高成像質(zhì)量越好。

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)(Cryo-SEM)，可實(shí)現(xiàn)直接觀察液體、半液體及對(duì)電子束敏感的樣品，如生物、高分子材料等。電鏡觀察：樣品經(jīng)過很低溫冷凍、斷裂、鍍膜制樣（噴金/噴碳）等處理后，通過冷凍傳輸系統(tǒng)放入電鏡內(nèi)的冷臺(tái)（溫度可至-185℃）即可進(jìn)行觀察。其中，快速冷凍技術(shù)可使水在低溫狀態(tài)下呈玻璃態(tài)，減少冰晶的產(chǎn)生，從而不影響樣品本身結(jié)構(gòu)，冷凍傳輸系統(tǒng)保證在低溫狀態(tài)下對(duì)樣品進(jìn)行電鏡觀察。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?；茨侠鋬鲭娮语@微鏡技術(shù)

冷凍電鏡技術(shù)可以通過揭示細(xì)胞里發(fā)生的生命過程細(xì)節(jié)，幫助人們了解很多有意思的生物學(xué)現(xiàn)象。荊州單顆粒冷凍電鏡技術(shù)方案

冷凍電鏡技術(shù)基本原理之三維冷凍電鏡技術(shù)：樣品經(jīng)過在液氮中的冷凍固定，使得生物大分子中的H2O分子以玻璃態(tài)的形式存在，保持低溫，將樣品放入顯微鏡，高度相干的電子作為光源從上面照射下來，透過樣品和附近的冰層，受到散射，利用探測(cè)器和透鏡系統(tǒng)把散射的信號(hào)成像記錄下來，再進(jìn)行信號(hào)處理，較后利用三維重構(gòu)的技術(shù)得到樣品的三維結(jié)構(gòu)。冷凍電鏡技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)分辨率高：光學(xué)顯微鏡的分辨率為0.2μm，透射電子顯微鏡的分辨率為0.2nm，透射電子顯微鏡在光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)上放大了1000倍。荊州單顆粒冷凍電鏡技術(shù)方案