冷冻电镜技术之冷冻蚀刻电子显微镜:冷冻蚀刻电镜技术是从50年代开始发展起来的一种将断裂和复型相结合的制备透射电镜样品技术,亦称冷冻断裂或冷冻复型,用于细胞生物学等领域的显微结构研究。冷冻蚀刻电镜的优点:①样品通过冷冻,可使其微细结构接近于活的状态;②样品经冷冻断裂蚀刻后,能够观察到不同劈裂面的微细结构,进而可研究细胞内的膜性结构及内含物结构;③冷冻蚀刻的样品,经铂、碳喷镀而制备的复型膜,具有很强的立体感且能耐受电子束轰击和长期保存。冷冻电镜技术能够从分子层面进行详细的研究,解析基于结构的药物研发的分子基础。广州冷冻电子显微镜技术品牌
冷冻电镜技术的应用场景:冷冻电镜主要应用在结构生物学和材料科学当中,如在2020戴口罩戴口罩中研究人员通过冷冻电镜技术在解析病毒结构、推测其侵染人体细胞的路径等传播原理发挥了重要作用,研究人员将戴口罩的结构与其他几种冠状病毒进行了比较,发现2019-nCoV的S蛋白整体结构与SARS病毒S蛋白的整体结构相似,各个结构之间具有高度同源性。在材料科学的应用中,冷冻电镜技术在一些对电子束、热敏感材料,如钙钛矿材料、某些高分子材料、水凝胶、量子点等精细结构的物理表征与机理研究中也具有巨大的应用潜力。广州冷冻电子显微镜技术品牌冷冻电镜技术采用的快速冷冻技术关键在于“快速”。
冷冻电子显微镜技术中电子断层扫描重构技术:电子断层扫描技术是从一个物体的投影图像重构获得物体内部结构的技术,通过获取同一物体的多个连续角度下的二维投影图来反向重构它的三维结构。简单地说,电子断层扫描技术就是将一个物体(样品)沿着一个与电子束垂直的轴旋转,每旋转一个角度,采集这个物体在相对应方向上的二维投影像,通过对这些二维投影图的处理(相互配准),将不同角度的二维投影图反向重构(如加权背投影等方法),获得样品整体三维结构的技术。电子断层成像适合于在纳米级尺度上研究不具有结构均一性的蛋白、病毒、细胞器以及它们之间组成的复合体的三维结构。与电子晶体学和单颗粒技术相比,这种技术无需样品颗粒具有结构同一性,也不强调样品具有一定的对称性。因此,虽然目前电子断层成像所获得的结构的分辨率(约4~10纳米)不能与以上两种技术相比,但其在研究非定形、不对称和不具全同性的生物样品的三维结构和功能中有着不可替代的作用。
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。冷冻电镜技术使生物分子成像,变得更加简单,把生物化学带入了一个新纪元。
冷冻电镜技术中的单颗粒分析法(Singleparticleanalysis,SPA):单颗粒技术获得投影的具体方法:制备很多具有同样结构的大分子样品,将其进行分散冷冻后进行随机的投影拍照,再通过计算模拟测定角度,对具有相同角度的粒子进行组合,突出其中更特殊、更容易解释的特征。单颗粒冷冻电镜是针对单个粒子进行重构的技术,但我们的研究对象往往是多构象或结构异质的蛋白,颗粒之间存在细微差别,这是一些蛋白质无法获得高分辨结构的重要原因之一。对于结构异质性样品的分析,我们需要首先将样品分成几个同质的子集,然后分别进行三维重建。由于单颗粒分析法理论成像分辨率更高,尤其在分析具有同质性结构的样品时表现出更方便、更优异的成像能力,因此得到了更普遍的应用。单颗粒分析法的研究对象可以是具有某种对称性的颗粒,也可是不具有任何对称性的蛋白分子或复合体,尤其是针对核糖体的表征。冷冻电镜技术中的单颗粒分析法:是针对单个粒子进行重构的技术。广州冷冻电子显微镜技术品牌
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品牌
冷冻电镜技术工作流程:做好前面的工作就需要设定较佳的参数(比如:欠焦值、放大倍数和电子剂量等),记录这些样品区域的大量图像,用手工或半自动程序框取那些离散的分子形成的投影图。然后就是三维结构搭建。由于电子可能对非常敏感的样品造成辐射损伤,所以单颗粒冷冻电镜只能采用非常低的电子量,而这种电镜2D投影图像有非常大的背景噪声。为提高图像分辨率,研究人员首先需要提出一个初始的3D模型,然后对捕获的单颗粒2D图像进行分选。广州冷冻电子显微镜技术品牌
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