冷冻电子显微技术的发展与完善经历了复杂而艰辛的探索,下面,我们将深入解析冷冻电子显微镜的工作原理、流程与仪器结构,揭开它的庐山真面目。样品制备:样品快速冷冻技术:样品的原位冷冻固定处理是低温电子显微镜标本制备的开始。冷冻电镜采用的快速冷冻技术关键在于“快速”。这是由于:采用常规冷冻手段,水分子会在氢键作用下形成冰晶,一来会改变样品结构,二来在成像过程中,冰晶体会产生强烈的电子衍射掩盖样品信号。而当冷冻速率足够快时,水分子在形成晶体之前就会凝固成无定形的玻璃态冰,具有非晶态特性,保证了在电子束探测成像的过程中不会对样品成像造成干扰。冷冻固定时,样品首先放置在由液氮冷却的容器中,随后被快速浸入液态乙烷中。采用液态乙烷作为冷冻剂的目的是为了使冷冻速率足够快,在冷冻过程中,样品将以每秒104至106K的速度被快速冷却。生物样品中的水被玻璃化冷冻后,样品结构就得到了保持和固定,同时玻璃化冰也不会在真空环境中挥发,在一定程度上保护了样品免受电子辐射的损伤。冷冻电镜技术之冷冻透射电镜是将样品冷却到液氮温度,用于观测蛋白、生物切片等对温度敏感的样品。湖州原位冷冻电镜技术服务电话
单颗粒冷冻电镜技术:生物大分子快速冷冻后,在低温下利用透射电子显微镜对结构均一、分散的全同样品颗粒进行成像,再经图像处理及重构计算获得样品的三维结构。可研究生物大分子在溶液中的结构及构象变化、无需结晶、所需样品量相对较少,适合于蛋白质、病毒等生物大分子及其复合物的结构生物学研究。样品制备:可以根据样品、电镜载网和其他使用条件,摸索合适的单颗粒样品制备条件,纯化、收集浓度范围从几微升50nM至5uM浓度的蛋白溶液来制备单颗粒电镜样品。在-196℃时,组织中的生物大分子能够长期保持稳定性、细胞活性及组织微观结构,同时,在低温下,生物样品耐受电子辐照剂量增强,且其在电镜镜筒的高真空环境中脱水变形的问题也得以解决。Vitrobot和EMGP2均能够提供快速、简单、可重复的安自动化样品玻璃化制备过程,其在恒定的物理和机械条件下(如温度、相对湿度、吸湿条件和冷冻速度)对样品进行冷冻固定确保生物样品在低温状态下仍保持天然构象。湖州原位冷冻电镜技术服务电话冷冻电镜技术中的单颗粒分析法的研究对象可以是具有某种对称性的颗粒,也可不具有任何对称性的蛋白分子。
冷冻电镜技术近年来获得了迅猛的发展,取得了许多具有重大意义的成果。冷冻电镜将生物分子进行冷冻便可进行高分辨率成像,还具有分辨率高、更接近天然状态、适用研究对象普遍等优势。同时,系统地综述了冷冻电镜技术在科学研究中的应用,并展望冷冻电镜技术未来的发展。冷冻电镜(cryo-electronmicroscopy,cryo-EM)技術,是在低温下使用透射电子显微镜观察样品的显微技术,即把样品冷冻并保持低温放进显微镜里面,用高度相干的电子作为光源从上面照射,透过样品和附近的冰层,受到散射,再利用探测器和透镜系统把散射信号成像记录下来,较后进行信号处理,得到样品的结构。
冷冻电镜技术揭示生物分子细节:在透射电子显微镜下,高能电子束穿透每一个分子,如同X光穿过人的身体一样,可以拍摄到分子的形貌和它内部的结构信息。科学家们利用计算机将样本里的每一个分子提取出来,把相似的分子予以归类,然后叠加、平均获得其内部结构更为精细的图像,由此得到分子不同方向的二维结构,较后经过计算机三维重构算法,可以得到分子的三维模型。这一过程被称为冷冻电镜三维重构解析。冷冻电镜技术的发展,使得现在的人类可以对细胞内的生命活动有更多了解。未来,科学家将借助冷冻电镜技术继续对复杂生命体的解读。基于结构的药物设计已经逐渐成为药物开发设计的主流,与此同时冷冻电镜技术也在蓬勃发展。
冷冻电镜技术原理之单颗粒技术:对分散分布的生物大分子分别成像,基于分子结构同一性的假设,对多个图像进行统计分析,并通过对正、加和平均等图像操作手段提高信噪比,进一步确认二维图像之间的空间投影关系后经过三维重构获得生物大分子的三维结构方法。其适合的样品分子量范围为80~50MD,Zgao分辨率约0.3nm。利用单颗粒技术获得三维重构的方法主要包括等价线方法、随机圆锥重构法、随机初始模型迭代收敛重构等方法,其基本目标是获得二维图像之间正确的空间投影关系,从而进行三维重构。冷冻电镜技术具有更接近天然状态、适用研究对象普遍等优势。湖州原位冷冻电镜技术服务电话
冷冻电镜技术就是在传统透射电子显微镜之上,加上了低温传输系统和冷冻防污染系统。湖州原位冷冻电镜技术服务电话
冷冻电镜技术基本原理之电镜三维重构理论:D.DeRosier和A.Klug提出三维重构理论是借助一系列沿不同方向投影的电子显微像来重构被测物体的立体构型,利用计算机数字图像处理技术进行电子显微像三维重构测定生物大分子结构的概念和方法。透射电子显微镜成像过程中,电子束穿透样品,将样品的三维电势密度分布函数沿着电子束的传播方向投影至与传播方向垂直的二维平面上。运用中心截面定理,从而可以通过三维物体不同角度的二维投影在计算机内进行三维重构来解析获得物体的三维结构。湖州原位冷冻电镜技术服务电话