冷凍電鏡技術基本原理之三維冷凍電鏡技術：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，利用探測器和透鏡系統(tǒng)把散射的信號成像記錄下來，再進行信號處理，較后利用三維重構的技術得到樣品的三維結構。冷凍電鏡技術的獨特優(yōu)勢分辨率高：光學顯微鏡的分辨率為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顯微鏡的基礎上放大了1000倍。冷凍電鏡技術的研究，主要是冷凍成像和蛋白快速冷凍技術。韶關低溫冷凍透射電鏡技術平臺

冷凍電鏡是什么？冷凍電鏡技術的應用：冷凍電鏡主要用于掃描電鏡的很低溫冷凍制樣和傳輸技術，英文名Cryo-SEM，利用冷凍電鏡技術可實現(xiàn)直接觀察液體和半液體及對電子束敏感的樣品，如生物、高分子材料等。尤其是在戴口罩戴口罩中，利用冷凍電鏡技術可解析病毒結構、推測其侵染人體細胞的路徑等傳播原理發(fā)揮了重要作用，為人類攻堅戴口罩防護、研發(fā)疫苗提供了重要的理論依據(jù)。冷凍電鏡是什么？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)放入電鏡內的冷臺（溫度可至-185℃）即可進行觀察。其中，快速冷凍技術可使水在低溫狀態(tài)下呈玻璃態(tài)，減少冰晶的產生，從而不影響樣品本身結構，冷凍傳輸系統(tǒng)保證在低溫狀態(tài)下對樣品進行電鏡觀察。湖州單顆粒冷凍電鏡技術應用冷凍電鏡技術，是一種重要的結構生物學研究方法。

冷凍電鏡技術測定結構的幾種方法：X射線晶體學、NMR、和冷凍電鏡技術各有優(yōu)缺點，將這幾種方法結合共同研究結構與功能將使結構生物學家對所研究的分子有更為全部的理解，而這些信息是單用任何一個方法所無法獲得的。將X射線晶體模型與經(jīng)電鏡獲得的密度圖重合可以對電鏡三維重構的結構作更詳盡的解釋，例如將牛的水通道（AQP1,與人的有90%同源性）的高分辨率的晶體結構與先前用冷凍電鏡技術重構出來的人的中等分辨率水通道的三維結構進行比較，可以進一步確定冷凍電鏡獲得的中等分辨率的結構，同時也顯示出了冷凍電鏡技術的優(yōu)勢和局限性。另一方面，較低分辨率的電鏡三維重構模型可以用來解釋病毒或大分子的晶體結構。而且，將X射線晶體的精細結構與冷凍電鏡的重構模型結合構建生物大分子復合物在發(fā)揮功生物學功能過程中出現(xiàn)的構像變化模型。這很大程度增加了我們對于復雜分子的活動機制的理解。電子顯微技術，成像技術，計算機技術，生物信息技術等不同學科的結合，將為我們提供研究生命現(xiàn)象與本質的強有力的手段。

冷凍電鏡技術的儀器結構：（1）圖像記錄系統(tǒng)：收集來自樣品的電子信號，在熒光屏上形成圖像。（2）電子槍：產生電子束的部分，聚光鏡系統(tǒng)負責將電子束聚焦到樣本樣品上。（3）圖像生成系統(tǒng)：由物鏡，中間和投影儀鏡頭以及可移動平臺組成。冷凍電鏡已經(jīng)能解析出生物大分子的原子級分辨率（0.2-0.3nm）結構，但是這一結果離物理極限還有較大距離。長久以來，冷凍電鏡在結構生物學領域取得了巨大成功，目前，多構象蛋白的三維分類問題和生物大分子的動力學分析依然是充滿挑戰(zhàn)的研究方向，新型的算法發(fā)展也將主要圍繞這些問題展開。而作為一種低信號源激發(fā)測試技術，冷凍電鏡技術在一些對電子束、熱敏感材料，如鈣鈦礦材料、某些高分子材料、水凝膠、量子點等精細結構的物理表征與機理研究中也具有巨大的應用潛力。他山之石，可以攻玉。隨著硬件設備與模擬算法的改進，這項帶著結構生物化學研究邁入新紀元的技術，未來必定擁有更加廣闊的應用前景。冷凍電鏡技術之冷凍蝕刻電子顯微鏡優(yōu)點：樣品通過冷凍，可使其微細結構接近于活的狀態(tài)。

冷凍電子顯微鏡技術在20世紀70年代時提出，經(jīng)過近10年的努力，在80年代趨于成熟，近年來已經(jīng)進入了快速發(fā)展的時期。它的研究對象非常普遍，包括病毒、蛋白、肌絲、蛋白質核昔酸復合體、亞細胞器等。一方面，冷凍電微鏡技術所研究的生物樣品既可以是具有二維晶體結構的，也可以是非晶體的;而且對于樣品的分子量沒有限制。因此，很大程度突破了X-射線晶體學只能研究三維晶體樣品和核磁共振波譜學只能研究小分子量(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行固定的，克了因化服學固定、染色、金屬鍍膜等過程對樣品構象的影響，更加接近樣品的生活狀態(tài)。冷凍電鏡技術之冷凍透射電鏡通過對樣品的冷凍，降低電子束對樣品的損傷，從而得到更加真實的樣品形貌。金華TEM技術方案

單顆粒冷凍電鏡技術首先捕獲大量隨機分布的同一種生物樣品的二維圖像，通過圖像處理算法解析其三維結構。韶關低溫冷凍透射電鏡技術平臺

冷凍電鏡技術近年來獲得了迅猛的發(fā)展，取得了許多具有重大意義的成果。冷凍電鏡將生物分子進行冷凍便可進行高分辨率成像，還具有分辨率高、更接近天然狀態(tài)、適用研究對象普遍等優(yōu)勢。同時，系統(tǒng)地綜述了冷凍電鏡技術在科學研究中的應用，并展望冷凍電鏡技術未來的發(fā)展。冷凍電鏡（cryo-electronmicroscopy，cryo-EM）技術，是在低溫下使用透射電子顯微鏡觀察樣品的顯微技術，即把樣品冷凍并保持低溫放進顯微鏡里面，用高度相干的電子作為光源從上面照射，透過樣品和附近的冰層，受到散射，再利用探測器和透鏡系統(tǒng)把散射信號成像記錄下來，較后進行信號處理，得到樣品的結構。韶關低溫冷凍透射電鏡技術平臺