連云港冷凍電子顯微鏡技術(shù)服務(wù)中心

冷凍電鏡技術(shù)之冷凍蝕刻電子顯微鏡：冷凍蝕刻電鏡技術(shù)是從50年代開始發(fā)展起來的一種將斷裂和復(fù)型相結(jié)合的制備透射電鏡樣品技術(shù)，亦稱冷凍斷裂或冷凍復(fù)型，用于細(xì)胞生物學(xué)等領(lǐng)域的顯微結(jié)構(gòu)研究。冷凍蝕刻電鏡的優(yōu)點(diǎn)：①樣品通過冷凍，可使其微細(xì)結(jié)構(gòu)接近于活的狀態(tài);②樣品經(jīng)冷凍斷裂蝕刻后，能夠觀察到不同劈裂面的微細(xì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而可研究細(xì)胞內(nèi)的膜性結(jié)構(gòu)及內(nèi)含物結(jié)構(gòu);③冷凍蝕刻的樣品，經(jīng)鉑、碳噴鍍而制備的復(fù)型膜，具有很強(qiáng)的立體感且能耐受電子束轟擊和長期保存。冷凍電子顯微技術(shù)學(xué)解析生物大分子及細(xì)胞結(jié)構(gòu)的中心是透射電子顯微鏡成像。連云港冷凍電子顯微鏡技術(shù)服務(wù)中心

冷凍電鏡技術(shù)中的單顆粒分析法（Singleparticleanalysis,SPA）：單顆粒技術(shù)獲得投影的具體方法：制備很多具有同樣結(jié)構(gòu)的大分子樣品，將其進(jìn)行分散冷凍后進(jìn)行隨機(jī)的投影拍照，再通過計(jì)算模擬測定角度，對具有相同角度的粒子進(jìn)行組合，突出其中更特殊、更容易解釋的特征。單顆粒冷凍電鏡是針對單個(gè)粒子進(jìn)行重構(gòu)的技術(shù)，但我們的研究對象往往是多構(gòu)象或結(jié)構(gòu)異質(zhì)的蛋白，顆粒之間存在細(xì)微差別，這是一些蛋白質(zhì)無法獲得高分辨結(jié)構(gòu)的重要原因之一。對于結(jié)構(gòu)異質(zhì)性樣品的分析，我們需要首先將樣品分成幾個(gè)同質(zhì)的子集，然后分別進(jìn)行三維重建。由于單顆粒分析法理論成像分辨率更高，尤其在分析具有同質(zhì)性結(jié)構(gòu)的樣品時(shí)表現(xiàn)出更方便、更優(yōu)異的成像能力，因此得到了更普遍的應(yīng)用。單顆粒分析法的研究對象可以是具有某種對稱性的顆粒，也可是不具有任何對稱性的蛋白分子或復(fù)合體，尤其是針對核糖體的表征。金華快速冷凍顯微鏡技術(shù)特點(diǎn)冷凍電子顯微鏡技術(shù)步驟樣品制備注意：用于冷凍電鏡研究的生物樣品必須非常純凈。

低溫冷凍透射電鏡技術(shù)的特點(diǎn)：相對于常溫透射電鏡，低溫透射電鏡的優(yōu)勢有：①快速冷凍制樣技術(shù)將樣品固定在玻璃態(tài)的冰層中，避免了水或溶劑結(jié)晶對樣品結(jié)構(gòu)的破壞，能夠保持液相中有機(jī)分子自組裝體和化學(xué)反應(yīng)中間體的微觀結(jié)構(gòu)，避免了樣品干燥引起的結(jié)構(gòu)變化;②高分子及化學(xué)反應(yīng)體系常常具有非平衡態(tài)結(jié)構(gòu)，快速冷凍制樣技術(shù)能夠保持住非平衡態(tài)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而得以觀察;③低溫條件能夠盡可能保持有機(jī)和高分子等軟物質(zhì)材料的微觀結(jié)構(gòu)，明顯減少電子束對樣品的損傷。

為什么要做冷凍透射電子顯微鏡技術(shù)服務(wù)？a.反應(yīng)樣品溶液里結(jié)構(gòu)：如有機(jī)分子組裝成的微球、囊泡、膠束、納米管、片層、水凝膠結(jié)構(gòu)等（往往一般透射拍攝到的都是溶液揮發(fā)干了之后的結(jié)構(gòu)，但是這樣的結(jié)構(gòu)無論是形貌和尺寸和溶液里都有一定差別，現(xiàn)在好多文章的審稿意見都會(huì)需要這類結(jié)構(gòu)的透射照片在溶液里的真實(shí)形貌，說簡單了就是讓補(bǔ)一個(gè)冷凍透射）；b.不穩(wěn)定的納米結(jié)構(gòu)：比如經(jīng)不起強(qiáng)電子束照射的樣品（MOF、COF等若相互作用力結(jié)合的材料，如金屬配位、氫鍵相互作用、親疏水作用力、ππ堆疊等）在強(qiáng)電子束照射下結(jié)構(gòu)會(huì)坍塌，冷凍電鏡全程在-160℃下可以做到對樣品損害較??；c.生物類分子好多都需要冷凍，因?yàn)樯锓肿颖旧矶夹枰谒蛘哐旱却婊?，一些生物樣品?gòu)筑的一些納米結(jié)構(gòu)，如納米微球、囊泡、膜、多孔材料等等。冷凍電鏡技術(shù)具有更接近天然狀態(tài)、適用研究對象普遍等優(yōu)勢。

冷凍電鏡技術(shù)解析結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)一般流程為：蛋白表達(dá)純化；負(fù)染樣品準(zhǔn)備：約2小時(shí)完成；負(fù)染樣品的數(shù)據(jù)收集：約8小時(shí)完成；冷凍樣品的準(zhǔn)備：約4小時(shí)完成；冷凍樣品的數(shù)據(jù)收集：48-120小時(shí)完成。三維結(jié)構(gòu)重建。冷凍電鏡解析蛋白結(jié)構(gòu)對蛋白質(zhì)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(jī)物質(zhì)，這些會(huì)降低樣品的襯度，難以獲得高分辨的三維結(jié)構(gòu)。一般而言，緩沖液為20mMHepes，150mMNaCl。濃度：一般而言，可溶性蛋白濃度應(yīng)在1mg/ml左右，膜蛋白應(yīng)保證濃度在5mg/ml左右。體積：20ul足夠（前提是需要蛋白濃度達(dá)標(biāo)，做一個(gè)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%。冷凍電鏡技術(shù)之冷凍透射電鏡優(yōu)點(diǎn)：樣品臺(tái)穩(wěn)定;第四是全自動(dòng)，自動(dòng)換液氮，自動(dòng)換樣品，自動(dòng)維持清潔。金華快速冷凍顯微鏡技術(shù)特點(diǎn)

冷凍電鏡技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢：冷凍電鏡單粒子法既可以對具有對稱結(jié)構(gòu)的大分子進(jìn)行研究。連云港冷凍電子顯微鏡技術(shù)服務(wù)中心

冷凍電鏡技術(shù)原理之電子斷層掃描成像技術(shù)：通過在顯微鏡內(nèi)傾轉(zhuǎn)樣品從而收集樣品多角度的電子顯微圖像并對這些電子顯微圖像根據(jù)傾轉(zhuǎn)幾何關(guān)系進(jìn)行重構(gòu)的方法稱為電子斷層掃描成像技術(shù)。該方法主要應(yīng)用于細(xì)胞及亞細(xì)胞器，以及沒有固定結(jié)構(gòu)的生物大分子復(fù)合物(分子量范圍為800kD)，Zgao分辨率約2nm。冷凍電鏡的分類：目前我們討論的冷凍電鏡基本上指的都是冷凍透射電鏡，但是如果我們以使用冷凍技術(shù)的角度定義冷凍電鏡的話，冷凍電鏡主要可以分為冷凍透射電鏡、冷凍掃描電鏡、冷凍蝕刻電子顯微鏡。連云港冷凍電子顯微鏡技術(shù)服務(wù)中心

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