冷凍電子顯微鏡技術(shù)之樣品成像：低劑量輻照成像，普通的樣品材料在進(jìn)行TEM表征時(shí)，電子劑量越高，成像質(zhì)量越好。但生物樣品受到的輻照損傷卻是和累積的輻照總劑量相關(guān)的。更詳細(xì)一點(diǎn)說(shuō)，隨著輻照劑量的增加，輻照損傷對(duì)高分辨細(xì)節(jié)的破壞更嚴(yán)重。因此，為了盡可能地獲得更多的細(xì)節(jié)，就必須要對(duì)樣品采用用低劑量輻照成像。在冷凍電鏡技術(shù)中，常用的低劑量輻照成像法有兩種：冷凍電子斷層掃描法，單顆粒分析成像法。冷凍電鏡技術(shù)中的電子斷層掃描技術(shù)（cryogeniccomputedtomography）：進(jìn)行斷層掃描時(shí)，樣品被連續(xù)不停地旋轉(zhuǎn)，并在每個(gè)旋轉(zhuǎn)角度上都進(jìn)行一次成像。每一幅電子顯微像是物體在不同投影方向的二維投影像,經(jīng)傅立葉變換會(huì)得到一系列不同取向的截面，當(dāng)截面足夠多時(shí)，會(huì)得到傅立葉空間的三維信息，再經(jīng)傅立葉反變換便能得到物體的三維結(jié)構(gòu)。冷凍電鏡技術(shù)使生物分子成像，變得更加簡(jiǎn)單，把生物化學(xué)帶入了一個(gè)新紀(jì)元。無(wú)錫冷凍電鏡單顆粒技術(shù)原理

冷凍電鏡技術(shù)原理之單顆粒技術(shù)：對(duì)分散分布的生物大分子分別成像，基于分子結(jié)構(gòu)同一性的假設(shè)，對(duì)多個(gè)圖像進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并通過(guò)對(duì)正、加和平均等圖像操作手段提高信噪比，進(jìn)一步確認(rèn)二維圖像之間的空間投影關(guān)系后經(jīng)過(guò)三維重構(gòu)獲得生物大分子的三維結(jié)構(gòu)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(shù)獲得三維重構(gòu)的方法主要包括等價(jià)線方法、隨機(jī)圓錐重構(gòu)法、隨機(jī)初始模型迭代收斂重構(gòu)等方法，其基本目標(biāo)是獲得二維圖像之間正確的空間投影關(guān)系，從而進(jìn)行三維重構(gòu)。無(wú)錫冷凍電鏡單顆粒技術(shù)原理冷凍電鏡技術(shù)能夠揭示生物分子細(xì)節(jié)。

冷凍電鏡是什么？冷凍電鏡技術(shù)的應(yīng)用：冷凍電鏡主要用于掃描電鏡的很低溫冷凍制樣和傳輸技術(shù)，英文名Cryo-SEM，利用冷凍電鏡技術(shù)可實(shí)現(xiàn)直接觀察液體和半液體及對(duì)電子束敏感的樣品，如生物、高分子材料等。尤其是在戴口罩戴口罩中，利用冷凍電鏡技術(shù)可解析病毒結(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，為人類(lèi)攻堅(jiān)戴口罩防護(hù)、研發(fā)疫苗提供了重要的理論依據(jù)。冷凍電鏡是什么？樣品經(jīng)過(guò)很低溫冷凍、斷裂、鍍膜制樣（噴金/噴碳）等處理后，通過(guò)冷凍傳輸系統(tǒng)放入電鏡內(nèi)的冷臺(tái)（溫度可至-185℃）即可進(jìn)行觀察。其中，快速冷凍技術(shù)可使水在低溫狀態(tài)下呈玻璃態(tài)，減少冰晶的產(chǎn)生，從而不影響樣品本身結(jié)構(gòu)，冷凍傳輸系統(tǒng)保證在低溫狀態(tài)下對(duì)樣品進(jìn)行電鏡觀察。

冷凍電子顯微技術(shù)學(xué)解析生物大分子及細(xì)胞結(jié)構(gòu)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(gòu)等幾個(gè)基本步驟。三維重構(gòu)：數(shù)據(jù)處理的較終目的是為了獲得生物樣品的三維質(zhì)量密度圖，由二維圖像推知三維結(jié)構(gòu)的方法即三維重構(gòu)。其理論原理是在1968年由DeRosier和Klug提出的中心截面定理:一個(gè)函數(shù)沿某方向投影函數(shù)的傅里葉變換等于此函數(shù)的傅里葉變換通過(guò)原點(diǎn)且垂直于此投影方向的截面函數(shù)。由于樣品性質(zhì)的不同，圖像分析的方法也有差異。冷凍電鏡技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：更接近天然狀態(tài)，不需要蛋白質(zhì)結(jié)晶。

冷凍電鏡技術(shù)測(cè)定結(jié)構(gòu)的幾種方法：X射線晶體學(xué)、NMR、和冷凍電鏡技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，將這幾種方法結(jié)合共同研究結(jié)構(gòu)與功能將使結(jié)構(gòu)生物學(xué)家對(duì)所研究的分子有更為全部的理解，而這些信息是單用任何一個(gè)方法所無(wú)法獲得的。將X射線晶體模型與經(jīng)電鏡獲得的密度圖重合可以對(duì)電鏡三維重構(gòu)的結(jié)構(gòu)作更詳盡的解釋?zhuān)鐚⑴５乃ǖ溃ˋQP1,與人的有90%同源性）的高分辨率的晶體結(jié)構(gòu)與先前用冷凍電鏡技術(shù)重構(gòu)出來(lái)的人的中等分辨率水通道的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，可以進(jìn)一步確定冷凍電鏡獲得的中等分辨率的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也顯示出了冷凍電鏡技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和局限性。另一方面，較低分辨率的電鏡三維重構(gòu)模型可以用來(lái)解釋病毒或大分子的晶體結(jié)構(gòu)。而且，將X射線晶體的精細(xì)結(jié)構(gòu)與冷凍電鏡的重構(gòu)模型結(jié)合構(gòu)建生物大分子復(fù)合物在發(fā)揮功生物學(xué)功能過(guò)程中出現(xiàn)的構(gòu)像變化模型。這很大程度增加了我們對(duì)于復(fù)雜分子的活動(dòng)機(jī)制的理解。電子顯微技術(shù)，成像技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，生物信息技術(shù)等不同學(xué)科的結(jié)合，將為我們提供研究生命現(xiàn)象與本質(zhì)的強(qiáng)有力的手段。冷凍電鏡技術(shù)可以通過(guò)揭示細(xì)胞里發(fā)生的生命過(guò)程細(xì)節(jié)，幫助人們了解很多有意思的生物學(xué)現(xiàn)象。無(wú)錫冷凍電鏡單顆粒技術(shù)原理

冷凍電鏡技術(shù)之冷凍蝕刻電子顯微鏡優(yōu)點(diǎn)：可研究細(xì)胞內(nèi)的膜性結(jié)構(gòu)及內(nèi)含物結(jié)構(gòu)。無(wú)錫冷凍電鏡單顆粒技術(shù)原理

單顆粒冷凍電鏡技術(shù)的顆粒挑選：接下來(lái)需要從原始數(shù)據(jù)中篩選出顆粒投影，也被稱(chēng)為“顆粒挑選”，顆粒挑選的好壞也將影響所有后續(xù)的分析和處理過(guò)程，是一個(gè)重要并且繁瑣的步驟。顆粒挑選方式可以分為手動(dòng)挑選、半自動(dòng)挑選和完全自動(dòng)挑選這幾種。在早期的分析中，對(duì)于結(jié)構(gòu)的了解還非常少，優(yōu)先考慮的都是人工挑選。但是自動(dòng)的顆粒圖像獲取方法的出現(xiàn)使得在很短時(shí)間內(nèi)可以收集數(shù)十萬(wàn)張顆粒圖像，人工挑選大量的顆粒圖像不太現(xiàn)實(shí)，并且人工的挑選通常會(huì)過(guò)于集中于某一類(lèi)顆粒圖像，導(dǎo)致遺漏和偏差。半自動(dòng)和全自動(dòng)的方法主要有以下三類(lèi)：(1)通過(guò)例如降噪、反襯增強(qiáng)、邊緣算子等圖像形態(tài)學(xué)方法搜索區(qū)域，基于數(shù)字圖像處理學(xué)的原理，將顆粒圖像與背景分離開(kāi)來(lái)。(2)基于模板的方法，通過(guò)掃描數(shù)據(jù)圖像和已知的模板比較來(lái)挑選出潛在的顆粒圖像，模板的來(lái)源通常為手動(dòng)選出的數(shù)據(jù)圖像中較為清晰的顆粒圖像，或者是已知結(jié)構(gòu)的投影。(3)結(jié)合無(wú)模板和有模板的方法，通過(guò)一些有監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行顆粒挑選。無(wú)錫冷凍電鏡單顆粒技術(shù)原理