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。冷冻电镜技术可实现直接观察液体、半液体及对电子束敏感的样品,如生物、高分子材料等。黄山低温电子显微镜技术服务中心
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。黄石低温电子显微镜技术平台冷冻电镜技术之冷冻扫描电镜是防止样品丢失水分的特别有效方法,它能应用于任何真空状态。
冷冻电镜技术工作流程:首先是样品制备。高纯度、高浓度的蛋白样品溶液被滴在一个特制的样品载网上面。载网由一张布满小孔的超薄非晶碳薄膜和金属支撑框架组成,在表面张力的作用下,微孔上会形成一层跨孔的薄水膜。将多余溶液吸走后,把载有蛋白溶液超薄膜的载网迅速投入到液态乙烷冷冻剂中使其快速冷冻,从而使蛋白质分散固定在玻璃态的冰膜中。然后电镜图像采集。选择较有可能产生较佳图像的较佳颗粒密度和玻璃态冰厚度的样品。
单颗粒冷冻电镜技术的图像处理技术:经过多年的发展,目前冷冻电镜的数据处理部分主要包含了以下的流程:(1)衬度传递函数的修正(CTFcorrection);(2)样品分子投影数据的筛选(particleselection);(3)二维投影数据的分类和降噪(2Danalysis);(4)三维模型的重构和优化(3Dreconstructionandrefinement);(5)多重构象的结构分析(heterogeneityanalysis);(6)对重建结构分辨率的分析(structureresolutionassessment);(7)结合生物化学原理和实验数据对三维结构的解读(modelinterpretationandvalidation)。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。
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。冷冻电镜技术将在研究对象、分辨率水平和研究方法等各个方面取得重大进展。韶关生物冷冻透射电子显微镜技术应用
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。黄山低温电子显微镜技术服务中心
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。黄山低温电子显微镜技术服务中心
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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...