冷冻电镜技术原理之单颗粒技术:对分散分布的生物大分子分别成像,基于分子结构同一性的假设,对多个图像进行统计分析,并通过对正、加和平均等图像操作手段提高信噪比,进一步确认二维图像之间的空间投影关系后经过三维重构获得生物大分子的三维结构方法。其适合的样品分子量范围为80~50MD,Zgao分辨率约0.3nm。利用单颗粒技术获得三维重构的方法主要包括等价线方法、随机圆锥重构法、随机初始模型迭代收敛重构等方法,其基本目标是获得二维图像之间正确的空间投影关系,从而进行三维重构。冷冻电镜技术,是用于扫描电镜的很低温冷冻制样及传输技术。南通低温冷冻透射电镜技术品牌
冷冻电镜技术的应用场景:冷冻电镜主要应用在结构生物学和材料科学当中,如在2020戴口罩戴口罩中研究人员通过冷冻电镜技术在解析病毒结构、推测其侵染人体细胞的路径等传播原理发挥了重要作用,研究人员将戴口罩的结构与其他几种冠状病毒进行了比较,发现2019-nCoV的S蛋白整体结构与SARS病毒S蛋白的整体结构相似,各个结构之间具有高度同源性。在材料科学的应用中,冷冻电镜技术在一些对电子束、热敏感材料,如钙钛矿材料、某些高分子材料、水凝胶、量子点等精细结构的物理表征与机理研究中也具有巨大的应用潜力。南通低温冷冻透射电镜技术品牌冷冻电镜技术与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。
低温透射电镜技术的应用:胶束体系对于浓度、pH、添加剂种类等液相环境条件的变化非常敏感,如果是干燥状态其结构与有液相完全不同,因此必须用低温透射电镜表征其结构。通常情况下,胶束有球状、囊泡状、棒状、层状、六角束状、洋葱状、蠕虫状等多种形状,应用低温透射电镜技术,囊泡、胶束的结构可以被原位的真实呈现出来,可清晰地观察到囊泡的完整性、分布、大小、融合等情况,而在普通电镜条件下,干燥后的囊泡的形状、结构很容易发生变化。同样,低温透射电镜也能够有效保持聚合物在液相的形态,可清晰地观察到聚合物的形态及聚集状态。目前,低温透射电镜在生物大分子的成像尤其是蛋白结构的解析方面已经取得了诸多突破的成果,相信在化学分子材料领域也会展现很好的应用前景。
冷冻电镜技术助力快速、高效的新药研发:分子生物学兴起后,基于靶点的药物发现逐渐成为主流新药研发模式。通常通过结构生物学方法获得靶点及靶点-受体相互作用的结合位点。将靶点结构和结合位点作为模型进行虚拟筛选,并通过高通量的方法获得可能结合的潜在分子,并进一步通过结构生物学方法直接解析靶点-潜在分子的高分辨率结构,进行潜在分子的确认。冷冻电镜“分辨率改变”使其成为获得优于3Å结构的常规技术。高分辨率的结构能够清晰地描绘靶点与潜在分子相互作用的信息,包括结合表位、配体手性等,为潜在化合物的结构改造提供了指导。新的疾病或者突发流行病需要进行从头药物设计研究,这些应对性的药物研发需要有大量基础研究的积累。冷冻电镜技术既完美契合了结构生物学的基础研究,又能够助力加速基于结构的药物研发。冷冻电镜技术能够从分子层面进行详细的研究,解析基于结构的药物研发的分子基础。
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。冷冻电镜技术也正在成为助力医药研发的有力手段。南通低温冷冻透射电镜技术品牌
冷冻电镜技术可实现直接观察液体、半液体及对电子束敏感的样品,如生物、高分子材料等。南通低温冷冻透射电镜技术品牌
冷冻电镜技术中的电子断层扫描技术与单颗粒分析法的比较:单颗粒分析法:它的优点:解析生物大分子的理论分辨率可达原子级;样品受总辐射值小;对称颗粒的解析分辨率更高;分子量越大,结果越好;电子断层扫描技术:优点:简单直接;对样品的要求较低;常用于对细胞或者生物组织结构的三维重构;但是,对同一样品位置多次拍照时,电子束对样品的辐照损伤就会成为了比较严重的问题;当样品旋转角度受到电子束透过样品厚度能力的限制。南通低温冷冻透射电镜技术品牌