冷凍電鏡技術，是用于掃描電鏡的很低溫冷凍制樣及傳輸技術(Cryo-SEM)，可實現直接觀察液體、半液體及對電子束敏感的樣品，如生物、高分子材料等。電鏡觀察：樣品經過很低溫冷凍、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下呈玻璃態，減少冰晶的產生，從而不影響樣品本身結構，冷凍傳輸系統保證在低溫狀態下對樣品進行電鏡觀察。冷凍電鏡技術能夠從分子層面進行詳細的研究，解析基于結構的藥物研發的分子基礎。南通低溫電子顯微鏡技術應用

冷凍電鏡技術的原理：冷凍電子顯微學解析生物大分子及細胞結構的中心是透射電鏡成像，其基本過程包括樣品制備、透射電鏡成像、圖像處理及結構解析等幾個基本步驟。在透射電鏡成像中，電子槍產生的電子在高壓電場中被加速至亞光速并在高真空的顯微鏡內部運動，根據高速運動的電子在磁場中發生偏轉的原理，透射電鏡中的一系列電磁透鏡對電子進行匯聚，并對穿透樣品過程中與樣品發生相互作用的電子進行聚焦成像以及放大，Z后在記錄介質上形成樣品放大幾千倍至幾十萬倍的圖像，利用計算機對這些放大的圖像進行處理分析即可獲得樣品的精細結構。南通低溫電子顯微鏡技術應用冷凍電子顯微技術主要包括單顆粒冷凍電鏡技術和冷凍電子斷層掃描技術。

單顆粒冷凍電鏡技術：生物大分子快速冷凍后，在低溫下利用透射電子顯微鏡對結構均一、分散的全同樣品顆粒進行成像，再經圖像處理及重構計算獲得樣品的三維結構。可研究生物大分子在溶液中的結構及構象變化、無需結晶、所需樣品量相對較少，適合于蛋白質、病毒等生物大分子及其復合物的結構生物學研究。樣品制備：可以根據樣品、電鏡載網和其他使用條件，摸索合適的單顆粒樣品制備條件，純化、收集濃度范圍從幾微升50nM至5uM濃度的蛋白溶液來制備單顆粒電鏡樣品。在-196℃時，組織中的生物大分子能夠長期保持穩定性、細胞活性及組織微觀結構，同時，在低溫下，生物樣品耐受電子輻照劑量增強，且其在電鏡鏡筒的高真空環境中脫水變形的問題也得以解決。Vitrobot和EMGP2均能夠提供快速、簡單、可重復的安自動化樣品玻璃化制備過程，其在恒定的物理和機械條件下（如溫度、相對濕度、吸濕條件和冷凍速度）對樣品進行冷凍固定確保生物樣品在低溫狀態下仍保持天然構象。

冷凍電子顯微鏡技術中電子斷層掃描重構技術：電子斷層掃描技術是從一個物體的投影圖像重構獲得物體內部結構的技術，通過獲取同一物體的多個連續角度下的二維投影圖來反向重構它的三維結構。簡單地說，電子斷層掃描技術就是將一個物體(樣品)沿著一個與電子束垂直的軸旋轉，每旋轉一個角度，采集這個物體在相對應方向上的二維投影像，通過對這些二維投影圖的處理(相互配準)，將不同角度的二維投影圖反向重構(如加權背投影等方法)，獲得樣品整體三維結構的技術。電子斷層成像適合于在納米級尺度上研究不具有結構均一性的蛋白、病毒、細胞器以及它們之間組成的復合體的三維結構。與電子晶體學和單顆粒技術相比，這種技術無需樣品顆粒具有結構同一性，也不強調樣品具有一定的對稱性。因此，雖然目前電子斷層成像所獲得的結構的分辨率(約4~10納米)不能與以上兩種技術相比，但其在研究非定形、不對稱和不具全同性的生物樣品的三維結構和功能中有著不可替代的作用。冷凍電鏡技術之冷凍蝕刻電子顯微鏡優點：樣品經冷凍斷裂蝕刻后，能夠觀察到不同劈裂面的微細結構。

冷凍電子顯微技術的發展與完善經歷了復雜而艱辛的探索，下面，我們將深入解析冷凍電子顯微鏡的工作原理、流程與儀器結構，揭開它的廬山真面目。樣品制備：樣品快速冷凍技術：樣品的原位冷凍固定處理是低溫電子顯微鏡標本制備的開始。冷凍電鏡采用的快速冷凍技術關鍵在于“快速”。這是由于：采用常規冷凍手段，水分子會在氫鍵作用下形成冰晶，一來會改變樣品結構，二來在成像過程中，冰晶體會產生強烈的電子衍射掩蓋樣品信號。而當冷凍速率足夠快時，水分子在形成晶體之前就會凝固成無定形的玻璃態冰，具有非晶態特性，保證了在電子束探測成像的過程中不會對樣品成像造成干擾。冷凍固定時，樣品首先放置在由液氮冷卻的容器中，隨后被快速浸入液態乙烷中。采用液態乙烷作為冷凍劑的目的是為了使冷凍速率足夠快，在冷凍過程中，樣品將以每秒104至106K的速度被快速冷卻。生物樣品中的水被玻璃化冷凍后，樣品結構就得到了保持和固定，同時玻璃化冰也不會在真空環境中揮發，在一定程度上保護了樣品免受電子輻射的損傷。冷凍電子顯微鏡技術還將普遍應用于細胞組織的超微結構解析，對解開生命活動的規律和機制等產生更大影響。南通低溫電子顯微鏡技術應用

冷凍電子顯微鏡技術之樣品成像：低劑量輻照成像，普通樣品材料在進行表征時，電子劑量越高成像質量越好。南通低溫電子顯微鏡技術應用

冷凍電鏡技術原理之電子晶體學：利用電子顯微鏡對生物大分子在一維、二維以致三維空間形成的高度有序重復排列的結構(晶體)成像或者收集衍射圖樣，進而解析這些生物大分子的結構，這種方法稱為電子晶體學。其適合的樣品分子量范圍為10~500kD，Zgao分辨率約0.19nm。該方法與X射線晶體學的類似之處在于均需獲得高度均一的生物大分子的周期性排列，不同之處是利用電子顯微鏡除了可以獲得晶體的電子衍射外還可以通過獲得晶體的圖像來進行結構解析。南通低溫電子顯微鏡技術應用

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