广州冷冻电子显微镜技术平台

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。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。广州冷冻电子显微镜技术平台

冷冻电镜技术原理之电子断层扫描成像技术：通过在显微镜内倾转样品从而收集样品多角度的电子显微图像并对这些电子显微图像根据倾转几何关系进行重构的方法称为电子断层扫描成像技术。该方法主要应用于细胞及亚细胞器，以及没有固定结构的生物大分子复合物(分子量范围为800kD)，Zgao分辨率约2nm。冷冻电镜的分类：目前我们讨论的冷冻电镜基本上指的都是冷冻透射电镜，但是如果我们以使用冷冻技术的角度定义冷冻电镜的话，冷冻电镜主要可以分为冷冻透射电镜、冷冻扫描电镜、冷冻蚀刻电子显微镜。珠海冷冻电镜技术平台冷冻电镜技术的基本原理是将生物大分子溶液置于电镜载网上形成一层非常薄的水膜。

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。

冷冻电子显微镜技术中单颗粒重构技术：该技术也叫做单颗粒分析，主要适用于结构具有全同性的生物大分子的结构解析，蛋白质的分子量通常要求在100KD以上，在颗粒数目足够多的情况下，理论上其分辨率可以达到原子水平。该方法的图像处理和三维重构计算过程如下:从原始的电镜照片中将颗粒图像挑选出来，对其进行二维图像对中、分类和平均，然后通过计算等价线的方法推算各分类图的取向，利用傅里叶重构法建立始三维结构模型，通过对原始图片或分类平均图与结构模型投影的匹配，优化取向参数，进而得到更准确的三维结构模型，如此反复对初始结构模型进行修正，直到收敛获得较终的结果。单颗粒重构技术近年来发展迅速，应用普遍，不断有文章报道利用此技术所获得的大分子复合物的三维结构。冷冻电镜技术的独特优势：冷冻电镜单粒子法既可以对具有对称结构的大分子进行研究。

冷冻电镜技术总结：电子断层成像技术则可用来研究一定厚度的亚细胞器在天然状态下的内部结构，由于样品厚度的限制，能看到500-1000nm左右厚度的结构，的也可以了解整个细胞不同层面的内部结构.尽管，我们能够预言按目前电子冷冻断层成像技术的发展会得到许多更诱人的信息。细胞内存在大量分子机器和生物大分子复合物，并且与单个超分子相比要大，更容易对其进行识别。这样的事实使断层技术的目标变得简单了。在不久的将来关于细胞骨架，核孔复合体和核纤层，囊泡聚集和运输复合物以及其他一些细胞成分的一些基本问题会得到更清晰的阐释。这两种方法都不需要对样品进行结晶，快速含水冰冻的制样过程既不复杂，又保存了样品的瞬时天然结构，有利于对复合物的功能进行研究，图像自动化筛选过程将是今后提高分辨率的关键环节。而电子晶体学则对具有对称结构的样品进行三维重构具有很大的优势，比如二十面体病毒，螺旋对称结构等，尤其适合膜蛋白的三维结构，并且是电子显微术中目前只一能达到原子分辨率水平的方法。冷冻电镜技术，是用于扫描电镜的很低温冷冻制样及传输技术。黄石原位冷冻电镜技术服务中心

冷冻电镜技术的独特优势：适合于研究结构不规则的大分子复合物，对于分子量的上限没有限制。广州冷冻电子显微镜技术平台

单颗粒冷冻电镜技术样品的筛选和数据采集：在开始高分辨数据采集前，可以利用冷冻电镜先对样品质量进行评估，包括但不限于蛋白浓度、稳定性和分布，冰层厚度、质量和载网各处的均一性等的检查。用户可以在120kV电镜或200kV电镜上进行此筛样过程。待到样品通过筛选，用户可以利用300kV或200kV电镜采集更大的数据量来帮助开展2D和3D分析。200kV-TalosArctica透射电镜配备了直接电子探测相机FalconIII,在样品质量较高时，较高可以获得<3Å的数据。目前的300kV-TitianKrios透射电镜有两套，其中一台配备了目前行业前列的K3直接电子探测相机，另一台配备有K2相机和能量过滤器，两套电镜均能够进行全自动、长时间无人照看的数据收集操作，可实现样品的大规模数据采集，并获得极高分辨率的结构信息。收集得到数以万计的单颗粒物照片后，用户可以使用平台集群已安装的常用三维重构计算软件以及相关生物软件对数据集进行计算处理。广州冷冻电子显微镜技术平台