冷凍電鏡技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景：冷凍電鏡主要應(yīng)用在結(jié)構(gòu)生物學(xué)和材料科學(xué)當(dāng)中，如在2020戴口罩戴口罩中研究人員通過冷凍電鏡技術(shù)在解析病毒結(jié)構(gòu)、推測(cè)其侵染人體細(xì)胞的路徑等傳播原理發(fā)揮了重要作用，研究人員將戴口罩的結(jié)構(gòu)與其他幾種冠狀病毒進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)2019-nCoV的S蛋白整體結(jié)構(gòu)與SARS病毒S蛋白的整體結(jié)構(gòu)相似，各個(gè)結(jié)構(gòu)之間具有高度同源性。在材料科學(xué)的應(yīng)用中，冷凍電鏡技術(shù)在一些對(duì)電子束、熱敏感材料，如鈣鈦礦材料、某些高分子材料、水凝膠、量子點(diǎn)等精細(xì)結(jié)構(gòu)的物理表征與機(jī)理研究中也具有巨大的應(yīng)用潛力。冷凍電鏡技術(shù)可實(shí)現(xiàn)直接觀察液體、半液體及對(duì)電子束敏感的樣品，如生物、高分子材料等。福州低溫電子顯微鏡技術(shù)平臺(tái)

冷凍電鏡技術(shù)基本原理之電鏡三維重構(gòu)理論：D.DeRosier和A.Klug提出三維重構(gòu)理論是借助一系列沿不同方向投影的電子顯微像來重構(gòu)被測(cè)物體的立體構(gòu)型，利用計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行電子顯微像三維重構(gòu)測(cè)定生物大分子結(jié)構(gòu)的概念和方法。透射電子顯微鏡成像過程中，電子束穿透樣品，將樣品的三維電勢(shì)密度分布函數(shù)沿著電子束的傳播方向投影至與傳播方向垂直的二維平面上。運(yùn)用中心截面定理，從而可以通過三維物體不同角度的二維投影在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行三維重構(gòu)來解析獲得物體的三維結(jié)構(gòu)。福州低溫電子顯微鏡技術(shù)平臺(tái)冷凍電鏡技術(shù)，是在低溫下使用透射電子顯微鏡觀察樣品的顯微技術(shù)。

冷凍電鏡技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：1、更接近天然狀態(tài)：電子斷層成像技術(shù)則可用來研究一定厚度的亞細(xì)胞器在天然狀態(tài)下的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不需要蛋白質(zhì)結(jié)晶。2、適用研究對(duì)象普遍：冷凍電鏡單粒子法既可以對(duì)具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的大分子進(jìn)行研究，也適合于研究結(jié)構(gòu)不規(guī)則的大分子復(fù)合物，對(duì)于分子量的上限沒有限制，理論上>100kD的分子在成像技術(shù)能夠保證的情況下可以形成足夠的對(duì)比以進(jìn)行圖像校正。冷凍電鏡技術(shù)作為一種重要的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究方法，它與X射線晶體學(xué)、核磁共振一起構(gòu)成了結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。

冷凍電子顯微鏡技術(shù)步驟之樣品制備：用于冷凍電鏡研究的生物樣品必須非常純凈。生物樣品是在高真空的條件下成像的，所以樣品的制備既要能夠保持本身的結(jié)構(gòu)又能抗脫水、電子輻射。現(xiàn)在普遍采用的方法是通過快速冷凍使含水樣品中的水處于玻璃態(tài)，也就是在親水的支持膜上將含水樣品包埋在一層較樣品略高的薄冰內(nèi)。冰的結(jié)構(gòu)多種多樣，包括六角形冰、立方體冰等，其物理狀態(tài)與冷凍速率有關(guān)。若要形成玻璃態(tài)(即無定形態(tài))的冰，需要冷凍速率達(dá)到每秒鐘104攝氏度。此時(shí)，冰的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)各向同性，不會(huì)因成像角度不同而導(dǎo)致圖像產(chǎn)生偏差。該方法有兩個(gè)步驟:一是將樣品在載網(wǎng)上形成一薄層水膜:二是將第步獲得的含水薄膜樣品快速冷凍。在多數(shù)情況下，用手工將載網(wǎng)迅速浸入液氮內(nèi)可使水冷凍成為玻璃態(tài)。其優(yōu)點(diǎn)在于將樣品保持在接近生活狀態(tài)，不會(huì)因脫水而變形，同時(shí)可以減少輻射損傷。冷凍電鏡技術(shù)之冷凍掃描電鏡是防止樣品丟失水分的特別有效方法，它能應(yīng)用于任何真空狀態(tài)。

冷凍電子顯微鏡技術(shù)步驟之圖像采集：冷凍的樣品通過專門的設(shè)備一冷凍輸送器轉(zhuǎn)移到電鏡的樣品室。在照相之前，必須觀察樣品中的水是否處于玻璃態(tài)，如果不是則應(yīng)重新制備樣品。由于生物樣品對(duì)高能電子的輻射敏感，照相時(shí)必須使用較小曝光技術(shù)。經(jīng)過透射電子顯微鏡中一系列復(fù)雜的過程，較終在記錄介質(zhì)上會(huì)形成樣品放大幾千倍至幾十萬倍的圖像。利用計(jì)算機(jī)對(duì)這些放大的圖像進(jìn)行處理分析即可獲得樣品的精細(xì)結(jié)構(gòu)。近年來，一個(gè)技術(shù)上的重大突破是高分辨率圖像采集設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用。基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)開發(fā)的直接探測(cè)電子成像的裝置使電子顯微放大圖像的信噪比相對(duì)過去所使用的底片或電荷耦合元件(CCD)有了很大提高、進(jìn)而提高了成像的質(zhì)量。冷凍電鏡技術(shù)能夠揭示生物分子細(xì)節(jié)。福州低溫電子顯微鏡技術(shù)平臺(tái)

冷凍電鏡技術(shù)主要研究組織、細(xì)胞和微生物中的超微結(jié)構(gòu)。福州低溫電子顯微鏡技術(shù)平臺(tái)

冷凍電鏡技術(shù)是什么呢？冷凍電鏡用于生物樣品三維結(jié)構(gòu)解析，包含單顆粒分析、微晶電子衍射和冷凍電子斷層掃描3種技術(shù)。冷凍電鏡單顆粒分析技術(shù)（cryo-EMSPA）是一種以單顆粒形式分析生物分子組裝的新方法，通過將負(fù)染電鏡篩選獲得的合適濃度的生物分子樣品快速冷凍，使生物大分子以近天然狀態(tài)存在于無定形冰中，然后進(jìn)行冷凍樣品的篩選、數(shù)據(jù)收集和三維結(jié)構(gòu)解析，從而獲得高分辨率的生物分子結(jié)構(gòu)。冷凍電鏡單顆粒分析技術(shù)能夠從分子層面進(jìn)行詳細(xì)的研究，解析基于結(jié)構(gòu)的藥物研發(fā)的分子基礎(chǔ)，而冷凍電子斷層掃描能夠從亞細(xì)胞水平觀察目標(biāo)分子在原位細(xì)胞環(huán)境中的作用位點(diǎn)和作用機(jī)制，相信在不久的將來能夠用于進(jìn)一步確認(rèn)基于結(jié)構(gòu)的藥物研究的可靠性。微晶電子衍射不只能夠進(jìn)行小分子微晶結(jié)構(gòu)解析，也可與現(xiàn)有技術(shù)互補(bǔ)，進(jìn)行生物大分子及其復(fù)合物的微晶結(jié)構(gòu)解析。福州低溫電子顯微鏡技術(shù)平臺(tái)