十堰TEM技術應用

來源: 發(fā)布時間:2023-05-09

冷凍電鏡技術是在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,頭次提出了冷凍電鏡技術的原理、方法以及流程的概念。冷凍電鏡的發(fā)展:冷凍電鏡到底是什么?從上世紀70年代興起至今,冷凍電子顯微技術(cryo-EM)已經跨越了40多年的發(fā)展歷史,經歷了冷凍制樣、單顆粒圖像分析和三維重構算法等關鍵性技術的突破。通俗而言,冷凍電鏡就是在傳統(tǒng)透射電子顯微鏡之上,加上了低溫傳輸系統(tǒng)和冷凍防污染系統(tǒng)。冷凍電鏡技術具有更接近天然狀態(tài)、適用研究對象普遍等優(yōu)勢。十堰TEM技術應用

十堰TEM技術應用,冷凍透射電子顯微鏡技術服務

冷凍電子顯微鏡技術具有研究對象普遍、樣品需求量少、更接近生理狀態(tài)等獨特優(yōu)勢,隨著電子顯微鏡的硬件設備和結構解析的軟件算法等方面不斷取得的重要突破,冷凍電鏡技術必將在研究對象、分辨率水平和研究方法等各個方面取得重大進展。當然,冷凍電鏡技術也面臨著許多技術上的挑戰(zhàn),怎樣改進樣品的制備技術,如何如何客觀地對三維重構的結果進行檢驗、明確結構解析的分辨率以及對生物大分子構象不均一性的分析等仍然是冷凍電鏡研究中有待解決的重要問題。但是,挑戰(zhàn)越多,機遇也就越多。相信有關的研究者們,一定能夠冷靜抓住機遇,勇敢迎接挑戰(zhàn),讓冷凍電鏡技術在結構生物學、細胞生物學等領域發(fā)揮更大的作用,幫助我們更加深入、透徹地研究各種生命現(xiàn)象。寧波低溫冷凍透射電子顯微鏡技術平臺冷凍電鏡技術之冷凍透射電鏡優(yōu)點:加速電壓高,電子能穿透厚樣品。

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冷凍電鏡技術是什么呢?冷凍電鏡用于生物樣品三維結構解析,包含單顆粒分析、微晶電子衍射和冷凍電子斷層掃描3種技術。冷凍電鏡單顆粒分析技術(cryo-EMSPA)是一種以單顆粒形式分析生物分子組裝的新方法,通過將負染電鏡篩選獲得的合適濃度的生物分子樣品快速冷凍,使生物大分子以近天然狀態(tài)存在于無定形冰中,然后進行冷凍樣品的篩選、數(shù)據(jù)收集和三維結構解析,從而獲得高分辨率的生物分子結構。冷凍電鏡單顆粒分析技術能夠從分子層面進行詳細的研究,解析基于結構的藥物研發(fā)的分子基礎,而冷凍電子斷層掃描能夠從亞細胞水平觀察目標分子在原位細胞環(huán)境中的作用位點和作用機制,相信在不久的將來能夠用于進一步確認基于結構的藥物研究的可靠性。微晶電子衍射不只能夠進行小分子微晶結構解析,也可與現(xiàn)有技術互補,進行生物大分子及其復合物的微晶結構解析。

冷凍電鏡技術揭示生物分子細節(jié):在透射電子顯微鏡下,高能電子束穿透每一個分子,如同X光穿過人的身體一樣,可以拍攝到分子的形貌和它內部的結構信息??茖W家們利用計算機將樣本里的每一個分子提取出來,把相似的分子予以歸類,然后疊加、平均獲得其內部結構更為精細的圖像,由此得到分子不同方向的二維結構,較后經過計算機三維重構算法,可以得到分子的三維模型。這一過程被稱為冷凍電鏡三維重構解析。冷凍電鏡技術的發(fā)展,使得現(xiàn)在的人類可以對細胞內的生命活動有更多了解。未來,科學家將借助冷凍電鏡技術繼續(xù)對復雜生命體的解讀。冷凍電鏡技術可以通過揭示細胞里發(fā)生的生命過程細節(jié),幫助人們了解很多有意思的生物學現(xiàn)象。

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單顆粒冷凍電鏡技術二維圖像分析——顆粒圖像的匹配與分類:二維顆粒圖像的分類是獲取三維結構過程的第一步。對二維圖像的分析包括兩部分:顆粒圖像的匹配和顆粒圖像的分類。匹配的過程通常會對顆粒圖像應用一些變換操作,通過關聯(lián)函數(shù)去判斷不同顆粒圖像之間的相似程度。圖像匹配的算法主要分為兩種,即不依賴模型的方法和基于模型的方法,取決于是否存在利用樣本先驗信息得到的模板。隨著圖像匹配的完成,顆粒圖像需要進行分類。主要利用多元統(tǒng)計分析和主成分分析方法等算法,其他流行的二維顆粒分類技術還有神經網(wǎng)絡分類,將圖像在二維空間自組織映射(self-organisingmapping,SOM)再進行分類和排序。二維圖像分析的目的是,首先通過圖像匹配消除旋轉和平移的誤差,利用類內緊致、類間離散的原則進行圖像分類,較終可以對類內顆粒圖像進行平均,提高信噪比,從而實現(xiàn)對高分辨率三維結構的構建。冷凍電鏡技術中的單顆粒分析法:是針對單個粒子進行重構的技術。寧波低溫冷凍透射電子顯微鏡技術平臺

冷凍電鏡技術能夠揭示生物分子細節(jié)。十堰TEM技術應用

冷凍電鏡技術解析結構的一般流程是怎樣的?對樣品的要求是什么?冷凍電鏡解析蛋白結構一般流程為:蛋白表達純化;負染樣品準備:約2小時完成;負染樣品的數(shù)據(jù)收集:約8小時完成;冷凍樣品的準備:約4小時完成;冷凍樣品的數(shù)據(jù)收集:48-120小時完成。三維結構重建。冷凍電鏡解析蛋白結構對蛋白質的要求:分子量:一般需要樣品的分子量在200kD以上。緩沖液:緩沖液中不能含有多糖,DMSO,甘油等有機物質,這些會降低樣品的襯度,難以獲得高分辨的三維結構。一般而言,緩沖液為20mMHepes,150mMNaCl。濃度:一般而言,可溶性蛋白濃度應在1mg/ml左右,膜蛋白應保證濃度在5mg/ml左右。體積:20ul足夠(前提是需要蛋白濃度達標,做一個樣品3ul左右)。均一性:分子篩行為表現(xiàn)為單一的峰,均一性大于90%。十堰TEM技術應用

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