Science深度綜述：冷凍電鏡的激蕩40年
“It is very easy to answer many fundamental biological questions； you just look at the thing!”——1965年諾貝爾物理學獎得主理查德?費曼教授 正如費曼教授所言，結構生物學的核心正在于“看清事物”。只要分辨率足夠高，能看清諸多生物分子在原子層面上的細節，它們的工作方式也就不言自明了。也正是由于這個原因，從歷史上看，結構生物學領域做出的發現，帶來了許多生物學突破，也推動了不少創新療法的開發。 在諸多讓人類“高清看世界”的技術里，X射線晶體學是生物學家們使用最多的技術之一，也讓人類獲得了大量生物大分子的結構。但這種方法需要事先獲取這種大分子的晶體。盡管許多蛋白質和一些穩定的復合體能產生質量足夠高的晶體，但對于膜蛋白或動態的復合體來說，獲取晶體就不是那么容易。 我們能不依賴于晶體獲取，直接“觀察”這些大分子嗎？自上世紀70年代起，許......閱讀全文
“冷凍電鏡技術”是什么
冷凍電鏡用于掃描電鏡超低溫冷凍制及傳輸技術(Cryo-SEM)實現直接觀察液體、半液體及電束敏品物、高材料等品經超低溫冷凍、斷裂、鍍膜制（噴金/噴碳）等處理通冷凍傳輸系統放入電鏡內冷臺
冷凍電鏡流形嵌入方法
?流形嵌入方法(Manifold Embedding)自然界的分子過程通常是連續的，比如三磷酸腺苷(ATP)合成酶等分子結構的狀態變化通常都是連續的。現有的方法只能得到有限的、若干個離散的構象變化，限制了我們對于分子結構的進一步觀察。而流形嵌入法則是通過將顆粒圖像映射到具有特定拓撲結構的參數空間(m
冷凍電鏡的技術特點
冷凍電鏡（Cryo-microscopy）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。
冷凍電鏡發展過程
冷凍電鏡發展過程冷凍電子顯微鏡技術（cryo-electron microscopy）是在20世紀70年代提出的，早在20世紀70年代科學家們就利用冷凍電鏡研究病毒分子的結構，首次提出了冷凍電鏡技術的原理、方法以及流程的概念。到了20世紀90年代，隨著冷凍傳輸裝置、場發射電子槍以及CDD成像裝置的出
冷凍蝕刻電鏡技術優缺點
折疊優點①樣品通過冷凍，可使其微細結構接近于活體狀態;②樣品經冷凍斷裂蝕刻后，能夠觀察到不同劈裂面的微細結構，進而可研究細胞內的膜性結構及內含物結構;③冷凍蝕刻的樣品，經鉑、碳噴鍍而制備的復型膜，具有很強的立體感且能耐受電子束轟擊和長期保存。折疊缺點冷凍也可造成樣品的人為損傷;斷裂面多產生在樣品結構
冷凍電鏡技術革新
技術革新過去30年來制約冷凍成像應用的瓶頸主要是冷凍成像和圖像處理算法。直到近年，兩大革命性的技術突破，使冷凍電鏡的應用推到了前所未有的高度，兩大技術突破分別是：一是直接電子探測器的發明，二是高分辨圖像處理算法的改進。前者從硬件上讓電鏡的圖片質量和信噪比有了質的提升，將冷凍電鏡帶入了一個以電影的形式
冷凍電鏡的發展歷史
自1933年第一臺透射電子顯微鏡被搭建以來，透射電子顯微鏡就是物理學家、材料學家、生物學家觀測微觀結構的主要手段。然而，生物樣品中含有的水會導致樣品無法在透射電鏡高真空的環境下保存，而且生物樣品會受到電子束強大的輻射作用變質。雖然人們一度利用脫水、固定、染色的方式來制作樣本進行觀察，但生物學家希望能
冷凍電鏡的當今應用
從高中生物課本中，我們了解到，蛋白質是由多種氨基酸通過脫水縮合構成的具有復雜空間結構的生物大分子。每一種氨基酸，都因由其R基的不同，從而有了不同的空間結構。科學家們就可以觀測這種空間結構，從而確定該位置上氨基酸的種類。蛋白質的復雜結構普通的熒光顯微鏡下，我們只能觀察到蛋白質的粗略影像。而通過冷凍電鏡
什么是冷凍電鏡技術
冷凍電鏡技術，全稱是冷凍電子顯微鏡技術，是在低溫下使用透射電子顯微鏡觀察樣品的顯微技術這項技術獲得了2017年的諾貝爾化學獎，獲獎者有三位，分別是瑞士科學家Jacques Dubochet，美國科學家Joachim Frank，英國科學家Richard Henderson。冷凍電鏡技術，是一種重要的
冷凍電鏡Xray
X-ray的技術問題十年前就已經基本解決了，剩下的就是生物狗們怎么長晶體。而現在的冷凍電鏡就如十五年前的X-ray，搞技術的人都涌進了這個領域，冷凍電鏡的潛力還沒有被徹底挖掘，個人感覺還會再火一陣。冷凍電鏡目前的局限在于只能做比較大的蛋白復合物，一般至少要300KD以上才比較好做，否則蛋白太小，電鏡
冷凍電鏡的工作原理
透射電鏡的總體工作原理是：由電子槍發射出來的電子束，在真空通道中沿著鏡體光軸穿越聚光鏡，通過聚光鏡將之會聚成一束尖細、明亮而又均勻的光斑，照射在樣品室內的樣品上；透過樣品后的電子束攜帶有樣品內部的結構信息，樣品內致密處透過的電子量少，稀疏處透過的電子量多；經過物鏡的會聚調焦和初級放大后，電子束進入下
冷凍電鏡圖像處理技術
經過多年的發展，目前冷凍電鏡的數據處理部分主要包含了以下的流程(圖3)：(1) 襯度傳遞函數的修正(CTF correction)(2) 樣品分子投影數據的篩選(particle selection)(3) 二維投影數據的分類和降噪(2D analysis)(4) 三維模型的重構和優化(3D rec
南科大冷凍電鏡中心揭牌，中國最大的冷凍電鏡設施中心
2018年11月19日，南方科技大學冷凍電鏡中心揭牌儀式在南科大生物樓舉行。2017年諾貝爾化學獎獲得者、冷凍電鏡技術開創者之一Richard Hendersen，深圳市發改委副主任蔡羽，南方科技大學校長陳十一，中國科學院院士隋森芳等出席儀式。揭牌儀式現場 南科大冷凍電鏡中心是深圳市政府出資、
大型透射電鏡和冷凍電鏡的簡介
大型透射電鏡 大型透射電鏡（conventional TEM）一般采用80-300kV電子束加速電壓，不同型號對應不同的電子束加速電壓，其分辨率與電子束加速電壓相關，可達0.2-0.1nm，高端機型可實現原子級分辨。 冷凍電鏡 冷凍電鏡（Cryo-microscopy）通常是在普通透射電鏡
三維冷凍電鏡技術
三維冷凍電鏡技術冷凍電鏡經過近三十年的發展,。冷凍電鏡技術已成為研究生物大分子結構與功能的強有力的武器。這種方法采用高壓快速液氮冷凍方法使樣品包埋在玻璃態的水環境中，這種環境接近于生理狀態，減少了樣品在制備過程中的結構破壞，使我們能夠觀察到生物大分子在天然狀態下的結構。同時冷凍的速度極快，這就有可能
冷凍電鏡技術發展歷程
冷凍電鏡技術發展歷程發展歷程
冷凍電鏡揭開表面看實質
?揭開表面看實質冷凍電鏡對更為復雜的結構并沒有很好的處理方式，在一些分子量比較大，包含多層的病毒結構研究中，一直沒有高分辨率的三維模型，這也是由于病毒普遍具有對稱失配的特性，基因結構被殼體完全覆蓋，無法通過二維圖形處理的方式對內部結構直接進行重構。劉紅榮教授通過改進襯度分離方法展示出了解決該類問題的
冷凍蝕刻表面標記免疫電鏡技術
冷凍蝕刻表面標記免疫電鏡技術(1)新鮮或固定的細胞進行直接法或間接法免疫標記。(2)PBS(pH7.5)沖洗3min×2，加入1mmol/l MgCl2蒸餾水洗洗3min×3，離心沉集細胞。(3)將細胞團置于小紙板上，入液氮冷卻的Freon中，取出入冷凍蝕刻儀中進行斷裂操作，再于-100℃蝕刻1mi
冷凍電鏡技術發展歷程
冷凍電鏡技術發展歷程發展歷程
冷凍電鏡三維重構
三維重構做過TEM的小伙伴都知道，透射電鏡得到的是二維投影圖像，要得到三維的結構，就要通過一系列建模、變換，這個過程就是三維重構。上面提到的第3位諾獎得主Joachim Frank就是和他的合作者建立了非對稱顆粒從二維投影到三維結構的方法（隨機圓錐傾斜法），奠定了冷凍電鏡單顆粒三維重構的基本原理，如
冷凍蝕刻電鏡技術的內容介紹
冷凍蝕刻(Freezeetching)技術是從50年代開始發展起來的一種將斷裂和復型相結合的制備透射電鏡樣品技術，故而亦稱冷凍斷裂(Freezefracture)或冷凍復型(Freezereplica)。
冷凍電鏡三維重構
摘要：冷凍電子顯微學從創立到現在已發展成為確定蛋白質分子，蛋白質復合物和細胞器結構的一種有效、的方法這表現在三位冷凍電鏡技術的不同方面。這主要包括適合于顯微鏡真空環境的樣品制備條件，減少輻射損傷的策略，提高未經染色的電子顯微像的信躁比的方法和二位投影三位重構的不同方法。冷凍電鏡通過高壓快速液氮冷凍的
冷凍電鏡模型重構和優化
模型重構和優化模型三維重構的基礎是中心截面定理，重構過程中的關鍵問題是如何確定每個顆粒圖像的空間角(orientation determination)。大多數模型重構和優化算法都是基于投影匹配(projection matching)的迭代方法。簡單說就是，先利用粗糙的三維結構模型，進行投影得到參
冷凍蝕刻電鏡技術的應用介紹
1．冷凍蝕刻表面標記免疫電鏡技術（1）新鮮或固定的細胞進行直接法或間接法免疫標記。（2）PBS（pH7.5）沖洗3min×2，加入1mmol/l MgCl2蒸餾水洗洗3min×3，離心沉集細胞。（3）將細胞團置于小紙板上，入液氮冷卻的Freon中，取出入冷凍蝕刻儀中進行斷裂操作，再于-100℃蝕刻1
冷凍電鏡的發展前景
王宏偉教授表示，雖然冷凍電鏡領域的研究獲得了諾貝爾獎，但這絕不意味著有關冷凍電鏡的研究走到了盡頭。在未來，冷凍電鏡的發展需要更多的學科交叉。基于物理學，我們可以得到更多分子結構的解析手段；基于計算機科學，我們可以開發新的結構解析算法并解決超大規模計算的需求；基于化學與生物化學，我們可以分離并標記重要
冷凍蝕刻電鏡技術操作方法
操作方法冷凍蝕刻的操作方法按以下步驟進行。1.預處理取新鮮組織塊，大小為15~3~5mm，用25%戊二醛固定1~3小時。為防止冰晶形成，用30%甘油生理鹽水浸泡8~12小時。2.冷凍斷裂是在冷凍條件下使樣品變得又硬又脆，用刀劈裂樣品，暴露觀察面。因為是用刀劈裂的樣品，斷裂往往發生在細胞被凍結后較
冷凍電鏡使用費用
冷凍電鏡大數據收集使用費校內(元/24小時)4000 耗材自理 。基于結構的藥物發現(Structure-based drug discovery, SBDD)是設計和優化創新藥的必要方法。本篇綜述將深入探討冷凍電鏡(cryo-EM)在SBDD領域中的快速崛起及它的主要作用，以及闡釋它如何為高價值藥
冷凍電鏡的原理及應用
冷凍電鏡全稱冷凍電子顯微鏡（Cryoelectron Microscopy），簡單理解為用電子顯微鏡去觀察冷凍固定的樣本，得出清晰三維結構。可實現直接觀察液體、半液體及對電子束敏感的樣品，如生物、高分子材料等。樣品經過超低溫冷凍、斷裂、鍍膜制樣（噴金/噴碳）等處理后，通過冷凍傳輸系統放入電鏡內的冷臺
冷凍電鏡電子晶體學
電子晶體學利用電子顯微鏡對生物大分子在一維、二維以致三維空間形成的高度有序重復排列的結構（晶體）成像或者收集衍射圖樣，進而解析這些生物大分子的結構，這種方法稱為電子晶體學。其適合的樣品分子量范圍為10~500kD，最高分辨率約1.9?。該方法與X射線晶體學的類似之處在于均需獲得高度均一的生物大分子的
電鏡制樣－－高壓冷凍技術手冊（一）
電鏡制樣 - 高壓冷凍技術手冊