黄石透射电子显微镜技术服务中心

单颗粒冷冻电镜技术二维图像分析——颗粒图像的匹配与分类：二维颗粒图像的分类是获取三维结构过程的第一步。对二维图像的分析包括两部分：颗粒图像的匹配和颗粒图像的分类。匹配的过程通常会对颗粒图像应用一些变换操作，通过关联函数去判断不同颗粒图像之间的相似程度。图像匹配的算法主要分为两种，即不依赖模型的方法和基于模型的方法，取决于是否存在利用样本先验信息得到的模板。随着图像匹配的完成，颗粒图像需要进行分类。主要利用多元统计分析和主成分分析方法等算法，其他流行的二维颗粒分类技术还有神经网络分类，将图像在二维空间自组织映射(self-organisingmapping，SOM)再进行分类和排序。二维图像分析的目的是，首先通过图像匹配消除旋转和平移的误差，利用类内紧致、类间离散的原则进行图像分类，较终可以对类内颗粒图像进行平均，提高信噪比，从而实现对高分辨率三维结构的构建。冷冻电镜技术测定结构的几种方法：X射线晶体学、NMR、和冷冻电镜技术。黄石透射电子显微镜技术服务中心

冷冻电镜是什么？冷冻电镜技术的应用：冷冻电镜主要用于扫描电镜的很低温冷冻制样和传输技术，英文名Cryo-SEM，利用冷冻电镜技术可实现直接观察液体和半液体及对电子束敏感的样品，如生物、高分子材料等。尤其是在戴口罩戴口罩中，利用冷冻电镜技术可解析病毒结构、推测其侵染人体细胞的路径等传播原理发挥了重要作用，为人类攻坚戴口罩防护、研发疫苗提供了重要的理论依据。冷冻电镜是什么？样品经过很低温冷冻、断裂、镀膜制样（喷金/喷碳）等处理后，通过冷冻传输系统放入电镜内的冷台（温度可至-185℃）即可进行观察。其中，快速冷冻技术可使水在低温状态下呈玻璃态，减少冰晶的产生，从而不影响样品本身结构，冷冻传输系统保证在低温状态下对样品进行电镜观察。黄石透射电子显微镜技术服务中心冷冻电镜技术主要研究组织、细胞和微生物中的超微结构。

单颗粒冷冻电镜技术：生物大分子快速冷冻后，在低温下利用透射电子显微镜对结构均一、分散的全同样品颗粒进行成像，再经图像处理及重构计算获得样品的三维结构。可研究生物大分子在溶液中的结构及构象变化、无需结晶、所需样品量相对较少，适合于蛋白质、病毒等生物大分子及其复合物的结构生物学研究。样品制备：可以根据样品、电镜载网和其他使用条件，摸索合适的单颗粒样品制备条件，纯化、收集浓度范围从几微升50nM至5uM浓度的蛋白溶液来制备单颗粒电镜样品。在-196℃时，组织中的生物大分子能够长期保持稳定性、细胞活性及组织微观结构，同时，在低温下，生物样品耐受电子辐照剂量增强，且其在电镜镜筒的高真空环境中脱水变形的问题也得以解决。Vitrobot和EMGP2均能够提供快速、简单、可重复的安自动化样品玻璃化制备过程，其在恒定的物理和机械条件下（如温度、相对湿度、吸湿条件和冷冻速度）对样品进行冷冻固定确保生物样品在低温状态下仍保持天然构象。

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便、更优异的成像能力，因此得到了更普遍的应用。单颗粒分析法的研究对象可以是具有某种对称性的颗粒，也可是不具有任何对称性的蛋白分子或复合体，尤其是针对核糖体的表征。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。

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。冷冻电镜技术能够揭示生物分子细节。黄山低温透射电镜技术品牌

冷冻电镜技术将生物分子进行冷冻便可进行高分辨率成像，还具有分辨率高等优势。黄石透射电子显微镜技术服务中心

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。黄石透射电子显微镜技术服务中心