冷凍電鏡技術近年來獲得了迅猛的發展，取得了許多具有重大意義的成果。冷凍電鏡將生物分子進行冷凍便可進行高分辨率成像，還具有分辨率高、更接近天然狀態、適用研究對象普遍等優勢。同時，系統地綜述了冷凍電鏡技術在科學研究中的應用，并展望冷凍電鏡技術未來的發展。冷凍電鏡（cryo-electronmicroscopy，cryo-EM）技術，是在低溫下使用透射電子顯微鏡觀察樣品的顯微技術，即把樣品冷凍并保持低溫放進顯微鏡里面，用高度相干的電子作為光源從上面照射，透過樣品和附近的冰層，受到散射，再利用探測器和透鏡系統把散射信號成像記錄下來，較后進行信號處理，得到樣品的結構。冷凍電鏡技術中的單顆粒分析法理論成像分辨率更高。莆田低溫電子顯微鏡技術用途

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。莆田低溫電子顯微鏡技術用途冷凍電鏡技術中單顆粒分析法優點：解析生物大分子的理論分辨率可達原子級。

冷凍電鏡技術的獨特優勢：1、更接近天然狀態：電子斷層成像技術則可用來研究一定厚度的亞細胞器在天然狀態下的內部結構，不需要蛋白質結晶。2、適用研究對象普遍：冷凍電鏡單粒子法既可以對具有對稱結構的大分子進行研究，也適合于研究結構不規則的大分子復合物，對于分子量的上限沒有限制，理論上>100kD的分子在成像技術能夠保證的情況下可以形成足夠的對比以進行圖像校正。冷凍電鏡技術作為一種重要的結構生物學研究方法，它與X射線晶體學、核磁共振一起構成了結構生物學研究的基礎。

冷凍電鏡技術原理之單顆粒技術：對分散分布的生物大分子分別成像，基于分子結構同一性的假設，對多個圖像進行統計分析，并通過對正、加和平均等圖像操作手段提高信噪比，進一步確認二維圖像之間的空間投影關系后經過三維重構獲得生物大分子的三維結構方法。其適合的樣品分子量范圍為80~50MD，Zgao分辨率約0.3nm。利用單顆粒技術獲得三維重構的方法主要包括等價線方法、隨機圓錐重構法、隨機初始模型迭代收斂重構等方法，其基本目標是獲得二維圖像之間正確的空間投影關系，從而進行三維重構。冷凍電鏡技術之冷凍透射電鏡優點：透鏡多，光學性能好。

冷凍電子顯微技術學解析生物大分子及細胞結構的中心是透射電子顯微鏡成像,包括樣品制備、圖像采集、圖像處理及三維重構等幾個基本步驟。三維重構：數據處理的較終目的是為了獲得生物樣品的三維質量密度圖，由二維圖像推知三維結構的方法即三維重構。其理論原理是在1968年由DeRosier和Klug提出的中心截面定理:一個函數沿某方向投影函數的傅里葉變換等于此函數的傅里葉變換通過原點且垂直于此投影方向的截面函數。由于樣品性質的不同，圖像分析的方法也有差異。冷凍電子顯微鏡技術步驟樣品制備注意：用于冷凍電鏡研究的生物樣品必須非常純凈。莆田低溫電子顯微鏡技術用途

冷凍電鏡技術中的單顆粒分析法在分析具有同質性結構的樣品時表現出更方便、更優異的成像能力。莆田低溫電子顯微鏡技術用途

冷凍電鏡技術之冷凍透射電鏡：冷凍透射電鏡(Cryo-TEM)通常是在普通透射電鏡上加裝樣品冷凍設備，將樣品冷卻到液氮溫度(77K)，用于觀測蛋白、生物切片等對溫度敏感的樣品。通過對樣品的冷凍，可以降低電子束對樣品的損傷，減小樣品的形變，從而得到更加真實的樣品形貌。它的優點主要體現在以下幾個方面：首先是加速電壓高，電子能穿透厚樣品;第二是透鏡多，光學性能好;第三是樣品臺穩定;第四是全自動，自動換液氮，自動換樣品，自動維持清潔。莆田低溫電子顯微鏡技術用途