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冷凍電鏡的發(fā)展與技術(shù)原理时间：2021-09-18 作者：透射電鏡檢測 冷凍電鏡技術(shù)是20世紀70年代提出的。早在20世紀70年代，科學(xué)家就利用冷凍電鏡研究病毒分子的結構，并首次提出了冷凍電鏡技術(shù)的原理、方法和過(guò)程的概念。 冷凍電鏡的發(fā)展 冷凍電鏡到底是什么？冷凍電鏡自上世紀70年代出現至今已有40多年的歷史，在冷凍樣品制備、單粒子圖像分析、三維重建算法等關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破。一般來(lái)說(shuō)，冷凍電鏡是傳統的透射電子顯微鏡，加上低溫透射系統和低溫污染預防系統。 低溫電子顯微術(shù)主要包括單粒子低溫電子顯微術(shù)和低溫電子層析術(shù)。單粒子冷凍電鏡捕捉隨機分布生物樣本的大量二維圖像，然后通過(guò)圖像處理算法分析其三維結構。
冷凍電鏡 近年來(lái)，隨著(zhù)冷凍電鏡設備和計算機軟硬件的快速發(fā)展，特別是直接電子探測器在冷凍電鏡中的應用，單粒子冷凍電鏡技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到原子分辨率的水平，在生物學(xué)、醫學(xué)和新藥研發(fā)方面發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用。 冷凍電鏡記錄了單個(gè)生物樣品傾斜旋轉過(guò)程中投影的一系列二維圖像，并利用特殊算法將二維圖像重構為三維故障圖像。Cryo-electron microscopy(簡(jiǎn)稱(chēng)Cryo-electron microscopy)主要研究組織、細胞和微生物的超微結構。冷凍電鏡(Cryo-electron microscopy，簡(jiǎn)稱(chēng)Cryo-electron microscopy)可以提供大分子復合物在納米、亞納米甚至接近原子尺度上的結構信息，以及它們與其他大分子在生理環(huán)境中的相互作用。 冷凍電鏡的原理 透射電子顯微鏡是分析生物大分子和細胞結構的冷凍電鏡的核心�；具^(guò)程包括樣品制備、透射電鏡、圖像處理和結構分析。在tem成像中，電子在電子槍引起的高壓電場(chǎng)中被加速到光速并在高真空顯微鏡中內部運動(dòng)，根據電子在磁場(chǎng)偏轉原理中的運動(dòng)，透射電子顯微鏡(sem)的一系列電磁透鏡會(huì )聚,電子和穿透樣品與樣品相互作用的過(guò)程中電子聚焦成像和放大器,其后,樣品被成千成千上萬(wàn)倍放大記錄媒體,通過(guò)計算機對放大后的圖像進(jìn)行處理和分析，可以得到樣品的精細結構。 在透射電鏡下，電子束穿透樣品，將樣品的三維勢密度分布函數沿電子束的傳播方向投射到垂直于傳播方向的二維平面上。1968年，AronKlug發(fā)現了ZX截面定理，提出通過(guò)不同角度的二維投影，在計算機上進(jìn)行三維重建，可以解析地得到三維物體的三維結構。根據這一原理，利用透射電子顯微鏡(TEM)從多個(gè)角度獲得放大后的電子顯微圖像，可以重建生物樣品的三維空間結構。 根據不同生物樣品的性質(zhì)和特點(diǎn)，可以采用不同的顯微鏡成像和三維重建方法對冷凍電鏡進(jìn)行結構分析。目前主要采用幾種冷凍電鏡結構分析方法，包括電子晶體學(xué)、單粒子重建技術(shù)、電子層析重建技術(shù)等，分別用于分析不同的生物分子復合物和亞細胞結構。 |
