冷冻电镜技术揭示生物分子细节:科学家在透射电子显微镜之上发明了冷冻电镜,实现了生物分子“近原子级”的分辨率,让人类终于可以一窥究竟生物分子是如何执行其功能。在过去几年里,冷冻电子显微镜技术逐渐成为结构生物学的重要研究工具。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,然后利用快速冷冻技术将其瞬间冷冻至液氮温度下。冷冻速度非常快,以至于水膜无法形成晶体,而是形成一层玻璃态的冰。生物大分子就被固定在这层薄冰里。将这样的冷冻样品保持低温放置在透射电子显微镜下观察,从而获得生物大分子的结构,被称为冷冻电镜技术。冷冻电镜技术的研究,主要是冷冻成像和蛋白快速冷冻技术。深圳低温冷冻透射电镜技术服务电话
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。荆州快速冷冻显微镜技术服务公司冷冻电镜技术将生物分子进行冷冻便可进行高分辨率成像,还具有分辨率高等优势。
冷冻电子显微镜技术之样品成像:低剂量辐照成像,普通的样品材料在进行TEM表征时,电子剂量越高,成像质量越好。但生物样品受到的辐照损伤却是和累积的辐照总剂量相关的。更详细一点说,随着辐照剂量的增加,辐照损伤对高分辨细节的破坏更严重。因此,为了尽可能地获得更多的细节,就必须要对样品采用用低剂量辐照成像。在冷冻电镜技术中,常用的低剂量辐照成像法有两种:冷冻电子断层扫描法,单颗粒分析成像法。冷冻电镜技术中的电子断层扫描技术(cryogeniccomputedtomography):进行断层扫描时,样品被连续不停地旋转,并在每个旋转角度上都进行一次成像。每一幅电子显微像是物体在不同投影方向的二维投影像,经傅立叶变换会得到一系列不同取向的截面,当截面足够多时,会得到傅立叶空间的三维信息,再经傅立叶反变换便能得到物体的三维结构。
冷冻电子显微技术学解析生物大分子及细胞结构的中心是透射电子显微镜成像,包括样品制备、图像采集、图像处理及三维重构等几个基本步骤。三维重构:数据处理的较终目的是为了获得生物样品的三维质量密度图,由二维图像推知三维结构的方法即三维重构。其理论原理是在1968年由DeRosier和Klug提出的中心截面定理:一个函数沿某方向投影函数的傅里叶变换等于此函数的傅里叶变换通过原点且垂直于此投影方向的截面函数。由于样品性质的不同,图像分析的方法也有差异。将冷冻样品保持低温放置在透射电子显微镜下观察,从而获得生物大分子的结构,被称为冷冻电镜技术。
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。冷冻电镜技术具有更接近天然状态、适用研究对象普遍等优势。芜湖低温电子显微镜技术应用
冷冻电镜技术之冷冻透射电镜通常是在普通透射电镜上加装样品冷冻设备。深圳低温冷冻透射电镜技术服务电话
冷冻电镜技术基本原理之三维冷冻电镜技术:样品经过在液氮中的冷冻固定,使得生物大分子中的H2O分子以玻璃态的形式存在,保持低温,将样品放入显微镜,高度相干的电子作为光源从上面照射下来,透过样品和附近的冰层,受到散射,利用探测器和透镜系统把散射的信号成像记录下来,再进行信号处理,较后利用三维重构的技术得到样品的三维结构。冷冻电镜技术的独特优势分辨率高:光学显微镜的分辨率为0.2μm,透射电子显微镜的分辨率为0.2nm,透射电子显微镜在光学显微镜的基础上放大了1000倍。深圳低温冷冻透射电镜技术服务电话
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