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。冷冻电镜技术用于生物样品三维结构解析,包含单颗粒分析、微晶电子衍射和冷冻电子断层扫描3种技术。宁波低温冷冻透射电子显微镜技术服务公司
什么是冷冻电镜技术?冷冻电镜技术,全称是冷冻电子显微镜技术,是在低温下使用透射电子显微镜观察样品的显微技术。冷冻电镜技术,是一种重要的结构生物学研究方法,它与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。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。根据诺贝尔奖评委会的说法,冷冻电镜技术使生物分子成像,变得更加简单,把生物化学带入了一个新纪元。这项技术可以用来确定,溶液中生物分子的高清晰度结构。冷冻电镜技术其实比较抽象,一直以来它主要的问题是其图像噪音极高、信号极低,研究的目标是从中提取近原子分辨率的结构信息。可以形象的比喻为在一个机器轰鸣的工厂,监测一只蚂蚁爬行的声音。冷冻电镜的目标,就是要完成这项艰巨的任务。因此,可见这项技术成果的科学价值。宁波低温冷冻透射电子显微镜技术服务公司冷冻电镜技术之冷冻透射电镜通常是在普通透射电镜上加装样品冷冻设备。
冷冻电镜技术近年来获得了迅猛的发展,取得了许多具有重大意义的成果。冷冻电镜将生物分子进行冷冻便可进行高分辨率成像,还具有分辨率高、更接近天然状态、适用研究对象普遍等优势。同时,系统地综述了冷冻电镜技术在科学研究中的应用,并展望冷冻电镜技术未来的发展。冷冻电镜(cryo-electronmicroscopy,cryo-EM)技術,是在低温下使用透射电子显微镜观察样品的显微技术,即把样品冷冻并保持低温放进显微镜里面,用高度相干的电子作为光源从上面照射,透过样品和附近的冰层,受到散射,再利用探测器和透镜系统把散射信号成像记录下来,较后进行信号处理,得到样品的结构。
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。冷冻电镜技术之冷冻蚀刻电子显微镜优点:样品通过冷冻,可使其微细结构接近于活的状态。
冷冻电镜技术之冷冻扫描电镜:扫描电镜工作者都面临着一个不能回避的事实,就是所有生命科学以及许多材料科学的样品都含有液体成分。很多动植物组织的含水量达到98%,这是扫描电镜工作者比较难对付的样品问题。冷冻扫描电镜(Cryo-SEM)技术是克服样品含水问题的一个快速、可靠和有效的方法。这种技术还被普遍地用于观察一些“困难”样品,如那些对电子束敏感的具有不稳定性的样品。各种高压模式如VP、LVESEM的出现,已允许扫描电镜观察未经冷冻和干燥的样品。但是,冷冻扫描电镜仍然是防止样品丢失水分的Z有效方法,它能应用于任何真空状态,包括装于扫描电镜的Peltier台以及向样品室内冲以水汽的装置。冷冻扫描电镜还有一些其他优点,如具有冷冻断裂的能力以及可以通过控制样品升华刻蚀来选择性地去除表面水分(冰)等。冷冻电镜技术之冷冻蚀刻电子显微镜优点: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。宁波低温冷冻透射电子显微镜技术服务公司
冷冻电镜技术之冷冻透射电镜优点:加速电压高,电子能穿透厚样品。宁波低温冷冻透射电子显微镜技术服务公司
冷冻电子显微镜技术:目前使用的几种主要的结构解析方法包括:电子晶体学单颗粒重构技术和电子断层扫描重构技术等。电子晶体学:电子晶体学技术利用电子显微镜的成像和电子衍射的功能,从生物大分子的二维晶体获取结构信息,解析其三维结构。生物大分子在空间中有序排列,可以形成三维晶体,也可以形成二维晶体对于二维晶体来说,其只在X-Y平面内具有平移对称性,电子波照射到二维晶体上时能够发生衍射。根据电子显微镜记录的二维图像来确定相位,利用二维晶体的衍射图谱来确定振幅,从而通过反傅里叶变换计算出大分子的密度投影,之后再利用三维重构技术获得大分子的三维结构图,从而解析出生物大分子的三维结构。该方法的特点是解析分辨率较高,可达到近原子分辨率。但获得蛋白的二维晶体来作为样品,仍然是一项非常具有挑战性的工作。宁波低温冷冻透射电子显微镜技术服务公司
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冷冻电子显微镜技术步骤之图像采集:冷冻的样品通过专门的设备一冷冻输送器转移到电镜的样品室。在照相之前,必须观察样品中的水是否处于玻璃态,如果不是则应重新制备样品。由于生物样品对高能电子的辐射敏感,照相时必须使用较小曝光技术。经过透射电子显微镜中一系列复杂的过程,较终在记录介质上会形成样品放大几千倍至几十万倍的图像。利用计算机对这些放大的图像进行处理分析即可获得样品的精细结构。近年来,一个技术上的重大突破是高分辨率图像采集设备的开发与应用。基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术开发的直接探测电子成像的装置使电子显微放大图像的信噪比相对过去所使用的底片或电荷耦合元件(CCD)有了很大提高、进而提...