单颗粒冷冻电镜技术的颗粒挑选:接下来需要从原始数据中筛选出颗粒投影,也被称为“颗粒挑选”,颗粒挑选的好坏也将影响所有后续的分析和处理过程,是一个重要并且繁琐的步骤。颗粒挑选方式可以分为手动挑选、半自动挑选和完全自动挑选这几种。在早期的分析中,对于结构的了解还非常少,优先考虑的都是人工挑选。但是自动的颗粒图像获取方法的出现使得在很短时间内可以收集数十万张颗粒图像,人工挑选大量的颗粒图像不太现实,并且人工的挑选通常会过于集中于某一类颗粒图像,导致遗漏和偏差。半自动和全自动的方法主要有以下三类:(1)通过例如降噪、反衬增强、边缘算子等图像形态学方法搜索区域,基于数字图像处理学的原理,将颗粒图像与背景分离开来。(2)基于模板的方法,通过扫描数据图像和已知的模板比较来挑选出潜在的颗粒图像,模板的来源通常为手动选出的数据图像中较为清晰的颗粒图像,或者是已知结构的投影。(3)结合无模板和有模板的方法,通过一些有监督的机器学习算法进行颗粒挑选。冷冻电镜技术采用的快速冷冻技术关键在于“快速”。莆田快速冷冻显微镜技术服务电话
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。南通冷冻电子显微镜技术服务中心冷冻电镜技术与X射线晶体学、核磁共振一起构成了高分辨率结构生物学研究的基础。
冷冻电子显微镜技术中单颗粒重构技术:该技术也叫做单颗粒分析,主要适用于结构具有全同性的生物大分子的结构解析,蛋白质的分子量通常要求在100KD以上,在颗粒数目足够多的情况下,理论上其分辨率可以达到原子水平。该方法的图像处理和三维重构计算过程如下:从原始的电镜照片中将颗粒图像挑选出来,对其进行二维图像对中、分类和平均,然后通过计算等价线的方法推算各分类图的取向,利用傅里叶重构法建立始三维结构模型,通过对原始图片或分类平均图与结构模型投影的匹配,优化取向参数,进而得到更准确的三维结构模型,如此反复对初始结构模型进行修正,直到收敛获得较终的结果。单颗粒重构技术近年来发展迅速,应用普遍,不断有文章报道利用此技术所获得的大分子复合物的三维结构。
冷冻电子显微技术的发展与完善经历了复杂而艰辛的探索,下面,我们将深入解析冷冻电子显微镜的工作原理、流程与仪器结构,揭开它的庐山真面目。样品制备:样品快速冷冻技术:样品的原位冷冻固定处理是低温电子显微镜标本制备的开始。冷冻电镜采用的快速冷冻技术关键在于“快速”。这是由于:采用常规冷冻手段,水分子会在氢键作用下形成冰晶,一来会改变样品结构,二来在成像过程中,冰晶体会产生强烈的电子衍射掩盖样品信号。而当冷冻速率足够快时,水分子在形成晶体之前就会凝固成无定形的玻璃态冰,具有非晶态特性,保证了在电子束探测成像的过程中不会对样品成像造成干扰。冷冻固定时,样品首先放置在由液氮冷却的容器中,随后被快速浸入液态乙烷中。采用液态乙烷作为冷冻剂的目的是为了使冷冻速率足够快,在冷冻过程中,样品将以每秒104至106K的速度被快速冷却。生物样品中的水被玻璃化冷冻后,样品结构就得到了保持和固定,同时玻璃化冰也不会在真空环境中挥发,在一定程度上保护了样品免受电子辐射的损伤。单颗粒冷冻电镜技术首先捕获大量随机分布的同一种生物样品的二维图像,通过图像处理算法解析其三维结构。
冷冻电镜技术的仪器结构:(1)图像记录系统:收集来自样品的电子信号,在荧光屏上形成图像。(2)电子枪:产生电子束的部分,聚光镜系统负责将电子束聚焦到样本样品上。(3)图像生成系统:由物镜,中间和投影仪镜头以及可移动平台组成。冷冻电镜已经能解析出生物大分子的原子级分辨率(0.2-0.3nm)结构,但是这一结果离物理极限还有较大距离。长久以来,冷冻电镜在结构生物学领域取得了巨大成功,目前,多构象蛋白的三维分类问题和生物大分子的动力学分析依然是充满挑战的研究方向,新型的算法发展也将主要围绕这些问题展开。而作为一种低信号源激发测试技术,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。他山之石,可以攻玉。随着硬件设备与模拟算法的改进,这项带着结构生物化学研究迈入新纪元的技术,未来必定拥有更加广阔的应用前景。冷冻电镜技术主要研究组织、细胞和微生物中的超微结构。杭州低温透射电镜技术服务
冷冻电镜技术中单颗粒分析法优点:样品受总辐射值小;对称颗粒的解析分辨率更高。莆田快速冷冻显微镜技术服务电话
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。莆田快速冷冻显微镜技术服务电话
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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。冷冻电镜技术也正在成为助力医药研发的有力手段。无锡冷冻透射电镜技术特点冷冻电镜技术的原理:透射电镜成像过程中,电子束穿透样品,将样...