冷冻电子显微镜技术之样品成像:低剂量辐照成像,普通的样品材料在进行TEM表征时,电子剂量越高,成像质量越好。但生物样品受到的辐照损伤却是和累积的辐照总剂量相关的。更详细一点说,随着辐照剂量的增加,辐照损伤对高分辨细节的破坏更严重。因此,为了尽可能地获得更多的细节,就必须要对样品采用用低剂量辐照成像。在冷冻电镜技术中,常用的低剂量辐照成像法有两种:冷冻电子断层扫描法,单颗粒分析成像法。冷冻电镜技术中的电子断层扫描技术(cryogeniccomputedtomography):进行断层扫描时,样品被连续不停地旋转,并在每个旋转角度上都进行一次成像。每一幅电子显微像是物体在不同投影方向的二维投影像,经傅立叶变换会得到一系列不同取向的截面,当截面足够多时,会得到傅立叶空间的三维信息,再经傅立叶反变换便能得到物体的三维结构。冷冻电镜技术主要研究组织、细胞和微生物中的超微结构。珠海透射电子显微镜技术原理
冷冻电镜技术之冷冻蚀刻电子显微镜:冷冻蚀刻电镜技术是从50年代开始发展起来的一种将断裂和复型相结合的制备透射电镜样品技术,亦称冷冻断裂或冷冻复型,用于细胞生物学等领域的显微结构研究。冷冻蚀刻电镜的优点:①样品通过冷冻,可使其微细结构接近于活的状态;②样品经冷冻断裂蚀刻后,能够观察到不同劈裂面的微细结构,进而可研究细胞内的膜性结构及内含物结构;③冷冻蚀刻的样品,经铂、碳喷镀而制备的复型膜,具有很强的立体感且能耐受电子束轰击和长期保存。襄阳低温电子显微镜技术原理单颗粒冷冻电镜技术首先捕获大量随机分布的同一种生物样品的二维图像,通过图像处理算法解析其三维结构。
冷冻电子显微镜技术在20世纪70年代时提出,经过近10年的努力,在80年代趋于成熟,近年来已经进入了快速发展的时期。它的研究对象非常普遍,包括病毒、蛋白、肌丝、蛋白质核昔酸复合体、亚细胞器等。一方面,冷冻电微镜技术所研究的生物样品既可以是具有二维晶体结构的,也可以是非晶体的;而且对于样品的分子量没有限制。因此,很大程度突破了X-射线晶体学只能研究三维晶体样品和核磁共振波谱学只能研究小分子量(小于100KD)样品的限制。另一方面,生物样品是通过快速冷冻的方法进行固定的,克了因化服学固定、染色、金属镀膜等过程对样品构象的影响,更加接近样品的生活状态。
冷冻电镜技术的仪器结构:冷冻电子显微镜的仪器结构与透射电子显微镜的基本结构相似,只是在进样之前搭载了液态乙烷罐与冷冻仓,保证在样品快速冷冻后能够即刻转移至样品仓内。冷冻室:在实际操作中,向液态乙烷中投入样品时,乙烷会在样品周围快速沸腾,形成绝缘气态膜,减慢向低温液体的热传递,称为莱顿弗罗斯效果好应。因此要使厚度超过几微米的样品中的水以足够高的冷却速度产生非晶冰非常困难。冷冻室中加入旋转叶片真空泵将冷冻剂泵入,可以提高冷却速度。冷冻电镜技术之冷冻蚀刻电子显微镜优点:能耐受电子束轰击和长期保存。
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。将冷冻样品保持低温放置在透射电子显微镜下观察,从而获得生物大分子的结构,被称为冷冻电镜技术。上海冷冻透射电子显微镜技术原理
冷冻电镜技术中单颗粒分析法优点:解析生物大分子的理论分辨率可达原子级。珠海透射电子显微镜技术原理
低温冷冻透射电镜技术的特点:相对于常温透射电镜,低温透射电镜的优势有:①快速冷冻制样技术将样品固定在玻璃态的冰层中,避免了水或溶剂结晶对样品结构的破坏,能够保持液相中有机分子自组装体和化学反应中间体的微观结构,避免了样品干燥引起的结构变化;②高分子及化学反应体系常常具有非平衡态结构,快速冷冻制样技术能够保持住非平衡态结构,进而得以观察;③低温条件能够尽可能保持有机和高分子等软物质材料的微观结构,明显减少电子束对样品的损伤。珠海透射电子显微镜技术原理
冷冻电镜技术中的单颗粒分析法(Singleparticleanalysis,SPA):单颗粒技术获得投影的具体方法:制备很多具有同样结构的大分子样品,将其进行分散冷冻后进行随机的投影拍照,再通过计算模拟测定角度,对具有相同角度的粒子进行组合,突出其中更特殊、更容易解释的特征。单颗粒冷冻电镜是针对单个粒子进行重构的技术,但我们的研究对象往往是多构象或结构异质的蛋白,颗粒之间存在细微差别,这是一些蛋白质无法获得高分辨结构的重要原因之一。对于结构异质性样品的分析,我们需要首先将样品分成几个同质的子集,然后分别进行三维重建。由于单颗粒分析法理论成像分辨率更高,尤其在分析具有同质性结构的样品时表现出更方...