冷凍電鏡技術(shù)原理之電子斷層掃描成像技術(shù)：通過在顯微鏡內(nèi)傾轉(zhuǎn)樣品從而收集樣品多角度的電子顯微圖像并對(duì)這些電子顯微圖像根據(jù)傾轉(zhuǎn)幾何關(guān)系進(jìn)行重構(gòu)的方法稱為電子斷層掃描成像技術(shù)。該方法主要應(yīng)用于細(xì)胞及亞細(xì)胞器，以及沒有固定結(jié)構(gòu)的生物大分子復(fù)合物(分子量范圍為800kD)，Zgao分辨率約2nm。冷凍電鏡的分類：目前我們討論的冷凍電鏡基本上指的都是冷凍透射電鏡，但是如果我們以使用冷凍技術(shù)的角度定義冷凍電鏡的話，冷凍電鏡主要可以分為冷凍透射電鏡、冷凍掃描電鏡、冷凍蝕刻電子顯微鏡。冷凍電鏡技術(shù)的基本原理是將生物大分子溶液置于電鏡載網(wǎng)上形成一層非常薄的水膜。十堰透射電鏡技術(shù)原理

冷凍電鏡技術(shù)總結(jié)：電子斷層成像技術(shù)則可用來(lái)研究一定厚度的亞細(xì)胞器在天然狀態(tài)下的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由于樣品厚度的限制，能看到500-1000nm左右厚度的結(jié)構(gòu)，的也可以了解整個(gè)細(xì)胞不同層面的內(nèi)部結(jié)構(gòu).盡管，我們能夠預(yù)言按目前電子冷凍斷層成像技術(shù)的發(fā)展會(huì)得到許多更誘人的信息。細(xì)胞內(nèi)存在大量分子機(jī)器和生物大分子復(fù)合物，并且與單個(gè)超分子相比要大，更容易對(duì)其進(jìn)行識(shí)別。這樣的事實(shí)使斷層技術(shù)的目標(biāo)變得簡(jiǎn)單了。在不久的將來(lái)關(guān)于細(xì)胞骨架，核孔復(fù)合體和核纖層，囊泡聚集和運(yùn)輸復(fù)合物以及其他一些細(xì)胞成分的一些基本問題會(huì)得到更清晰的闡釋。這兩種方法都不需要對(duì)樣品進(jìn)行結(jié)晶，快速含水冰凍的制樣過程既不復(fù)雜，又保存了樣品的瞬時(shí)天然結(jié)構(gòu)，有利于對(duì)復(fù)合物的功能進(jìn)行研究，圖像自動(dòng)化篩選過程將是今后提高分辨率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而電子晶體學(xué)則對(duì)具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的樣品進(jìn)行三維重構(gòu)具有很大的優(yōu)勢(shì)，比如二十面體病毒，螺旋對(duì)稱結(jié)構(gòu)等，尤其適合膜蛋白的三維結(jié)構(gòu)，并且是電子顯微術(shù)中目前只一能達(dá)到原子分辨率水平的方法?；茨仙锢鋬鐾干潆娮语@微鏡技術(shù)應(yīng)用冷凍電鏡技術(shù)助力快速、高效的新藥研發(fā)。

冷凍電子顯微技術(shù)主要包括單顆粒冷凍電鏡技術(shù)和冷凍電子斷層掃描技術(shù)。單顆粒冷凍電鏡技術(shù)首先捕獲大量隨機(jī)分布的同一種生物樣品的二維圖像，然后通過圖像處理算法解析其三維結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，隨著冷凍電鏡設(shè)備和計(jì)算機(jī)軟硬件的快速發(fā)展，特別是隨著直接電子探測(cè)器在冷凍電鏡中的應(yīng)用，單顆粒冷凍電鏡技術(shù)邁進(jìn)了原子分辨率水平，在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和新藥研發(fā)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。冷凍電鏡通過記錄單個(gè)生物樣品在傾斜旋轉(zhuǎn)過程中投影的一系列二維圖像，采用特殊的算法計(jì)算，將二維圖像重構(gòu)為三維斷層圖像。冷凍電鏡主要研究組織、細(xì)胞和微生物中的超微結(jié)構(gòu)，它能夠提供生理環(huán)境下大分子復(fù)合物納米、亞納米甚至近原子尺度的原位結(jié)構(gòu)信息以及其與其它大分子的相互作用信息。

冷凍電子顯微鏡技術(shù)在20世紀(jì)70年代時(shí)提出，經(jīng)過近10年的努力，在80年代趨于成熟，近年來(lái)已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展的時(shí)期。它的研究對(duì)象非常普遍，包括病毒、蛋白、肌絲、蛋白質(zhì)核昔酸復(fù)合體、亞細(xì)胞器等。一方面，冷凍電微鏡技術(shù)所研究的生物樣品既可以是具有二維晶體結(jié)構(gòu)的，也可以是非晶體的;而且對(duì)于樣品的分子量沒有限制。因此，很大程度突破了X-射線晶體學(xué)只能研究三維晶體樣品和核磁共振波譜學(xué)只能研究小分子量(小于100KD)樣品的限制。另一方面，生物樣品是通過快速冷凍的方法進(jìn)行固定的，克了因化服學(xué)固定、染色、金屬鍍膜等過程對(duì)樣品構(gòu)象的影響，更加接近樣品的生活狀態(tài)。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)。

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，通過一些有監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行顆粒挑選。冷凍電鏡技術(shù)測(cè)定結(jié)構(gòu)的幾種方法：X射線晶體學(xué)、NMR、和冷凍電鏡技術(shù)。韶關(guān)低溫電子顯微鏡技術(shù)服務(wù)電話

冷凍電鏡技術(shù)之冷凍蝕刻電子顯微鏡優(yōu)點(diǎn)：樣品通過冷凍，可使其微細(xì)結(jié)構(gòu)接近于活的狀態(tài)。十堰透射電鏡技術(shù)原理

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。匹配的過程通常會(huì)對(duì)顆粒圖像應(yīng)用一些變換操作，通過關(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。十堰透射電鏡技術(shù)原理

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