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。冷凍電鏡技術，是一種重要的結構生物學研究方法，它與X射線晶體學、核磁共振一起構成了高分辨率結構生物學研究的基礎。冷凍電鏡技術的研究，主要是冷凍成像和蛋白快速冷凍技術。根據(jù)諾貝爾獎評委會的說法，冷凍電鏡技術使生物分子成像，變得更加簡單，把生物化學帶入了一個新紀元。這項技術可以用來確定，溶液中生物分子的高清晰度結構。冷凍電鏡技術其實比較抽象，一直以來它主要的問題是其圖像噪音極高、信號極低，研究的目標是從中提取近原子分辨率的結構信息。可以形象的比喻為在一個機器轟鳴的工廠，監(jiān)測一只螞蟻爬行的聲音。冷凍電鏡的目標，就是要完成這項艱巨的任務。因此，可見這項技術成果的科學價值。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。生物冷凍透射電子顯微鏡技術用途

單顆粒冷凍電鏡技術的顆粒挑選：接下來需要從原始數(shù)據(jù)中篩選出顆粒投影，也被稱為“顆粒挑選”，顆粒挑選的好壞也將影響所有后續(xù)的分析和處理過程，是一個重要并且繁瑣的步驟。顆粒挑選方式可以分為手動挑選、半自動挑選和完全自動挑選這幾種。在早期的分析中，對于結構的了解還非常少，優(yōu)先考慮的都是人工挑選。但是自動的顆粒圖像獲取方法的出現(xiàn)使得在很短時間內可以收集數(shù)十萬張顆粒圖像，人工挑選大量的顆粒圖像不太現(xiàn)實，并且人工的挑選通常會過于集中于某一類顆粒圖像，導致遺漏和偏差。半自動和全自動的方法主要有以下三類：(1)通過例如降噪、反襯增強、邊緣算子等圖像形態(tài)學方法搜索區(qū)域，基于數(shù)字圖像處理學的原理，將顆粒圖像與背景分離開來。(2)基于模板的方法，通過掃描數(shù)據(jù)圖像和已知的模板比較來挑選出潛在的顆粒圖像，模板的來源通常為手動選出的數(shù)據(jù)圖像中較為清晰的顆粒圖像，或者是已知結構的投影。(3)結合無模板和有模板的方法，通過一些有監(jiān)督的機器學習算法進行顆粒挑選。上海原位冷凍電鏡技術應用單顆粒冷凍電鏡技術首先捕獲大量隨機分布的同一種生物樣品的二維圖像，通過圖像處理算法解析其三維結構。

冷凍電鏡技術揭示生物分子細節(jié)：科學家在透射電子顯微鏡之上發(fā)明了冷凍電鏡，實現(xiàn)了生物分子“近原子級”的分辨率，讓人類終于可以一窺究竟生物分子是如何執(zhí)行其功能。在過去幾年里，冷凍電子顯微鏡技術逐漸成為結構生物學的重要研究工具。冷凍電鏡技術的基本原理是將生物大分子溶液置于電鏡載網(wǎng)上形成一層非常薄的水膜，然后利用快速冷凍技術將其瞬間冷凍至液氮溫度下。冷凍速度非?？欤灾劣谒o法形成晶體，而是形成一層玻璃態(tài)的冰。生物大分子就被固定在這層薄冰里。將這樣的冷凍樣品保持低溫放置在透射電子顯微鏡下觀察，從而獲得生物大分子的結構，被稱為冷凍電鏡技術。

冷凍電鏡技術：隨著技術的不斷進步和人類對于生命科學領域知識的不斷積累，藥物研發(fā)越來越走向理性化，包括法規(guī)體系的建立和優(yōu)化、藥品質量控制模式的變遷走向QbD階段?；诮Y構的藥物設計已經(jīng)逐漸成為藥物開發(fā)設計的主流，與此同時冷凍電鏡技術也在蓬勃發(fā)展。冷凍電鏡單顆粒分析技術和微晶電子衍射技術不只能解析近原子分辨率的結構，而且能解析傳統(tǒng)結構生物學無法解析的結構，幫助確認藥物靶點，拓展可用藥物靶點的研究范圍和完善基于靶點結構的藥物設計。冷凍電子斷層掃描技術在不久的未來可能提供細胞原位觀察藥物與靶點的作用。冷凍電鏡技術之冷凍蝕刻電子顯微鏡優(yōu)點：可研究細胞內的膜性結構及內含物結構。

冷凍電鏡技術之冷凍蝕刻電子顯微鏡：冷凍蝕刻電鏡技術是從50年代開始發(fā)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，亦稱冷凍斷裂或冷凍復型，用于細胞生物學等領域的顯微結構研究。冷凍蝕刻電鏡的優(yōu)點：①樣品通過冷凍，可使其微細結構接近于活的狀態(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(jīng)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。冷凍電子顯微鏡技術步驟樣品制備注意：用于冷凍電鏡研究的生物樣品必須非常純凈。上海原位冷凍電鏡技術應用

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。生物冷凍透射電子顯微鏡技術用途

冷凍電鏡技術中的單顆粒分析法（Singleparticleanalysis,SPA）：單顆粒技術獲得投影的具體方法：制備很多具有同樣結構的大分子樣品，將其進行分散冷凍后進行隨機的投影拍照，再通過計算模擬測定角度，對具有相同角度的粒子進行組合，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粒子進行重構的技術，但我們的研究對象往往是多構象或結構異質的蛋白，顆粒之間存在細微差別，這是一些蛋白質無法獲得高分辨結構的重要原因之一。對于結構異質性樣品的分析，我們需要首先將樣品分成幾個同質的子集，然后分別進行三維重建。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性結構的樣品時表現(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合體，尤其是針對核糖體的表征。生物冷凍透射電子顯微鏡技術用途