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    冷冻电镜Cryo-TEM详解:样品冷冻与成像原理
    来源: 时间:2024-08-02 09:55:41 浏览:4541次

    冷冻电镜Cryo-TEM详解:样品冷冻与成像原理

     

    冷冻电镜(Cryo-TEM)技术是一种能够在低温条件下对生物样品进行成像的电子显微技术。近年来,随着技术的不断发展,冷冻电镜在生物科学研究领域取得了重大突破,为解析生物大分子结构提供了强有力的手段。

    一、样品冷冻原理

    1. 快速冷冻技术

    冷冻电镜的核心在于快速冷冻技术,它能将生物样品迅速冷却至液氮温度(-196℃),使样品中的水分子形成非晶态冰,从而保持生物样品在近生理状态下的结构。快速冷冻技术主要包括以下两种方法:

    1)高压冷冻:将样品置于高压环境中,使水分子在冷冻过程中不易形成冰晶。这种方法适用于细胞、组织等较大体积的生物样品。

    2)滴注冷冻:将样品溶液滴注到冷冻载体上,如铜网格或微栅,然后迅速冷冻。这种方法适用于蛋白质、病毒等较小体积的生物样品。

    2. 冷冻过程

    冷冻电镜的冷冻过程主要包括以下几个步骤:

    1)样品制备:将生物样品稀释至适当浓度,并添加冷冻保护剂(如甘油、乙二醇等)以降低冰晶形成的可能性。

    2)滴注样品:将样品溶液滴注到冷冻载体上,形成薄层。

    3)快速冷冻:采用高压冷冻或滴注冷冻方法,使样品迅速冷却至液氮温度。

    4)冷冻样品转移:将冷冻后的样品转移到冷冻传输装置,如冷冻传输杆,以便在低温条件下进行电镜观察。

    二、成像原理

    1. 电子束与样品相互作用

    冷冻电镜采用高能电子束对冷冻样品进行照射,电子束与样品中的原子发生相互作用,产生信号。这些信号包括透射电子、弹性散射电子、非弹性散射电子等。其中,透射电子携带了样品的结构信息,是成像的主要信号。

    2. 成像模式

    冷冻电镜的成像模式主要包括以下几种:

    1)透射电子显微镜(TEM)模式:通过检测透射电子,获得样品的二维图像。在冷冻电镜中,TEM模式主要用于观察样品的整体形态和内部结构。

    2)扫描透射电子显微镜(STEM)模式:利用聚焦电子束扫描样品,获得样品的元素分布信息。STEM模式在冷冻电镜中可用于分析样品的化学成分。

    3)低剂量成像:为了减少电子束对样品的损伤,冷冻电镜采用低剂量成像技术。通过降低电子束的剂量,延长样品在电子束下的寿命,从而获得高质量的图像。

    3. 图像处理与分析

    冷冻电镜获得的原始图像需要经过一系列处理和分析,才能提取出有用的结构信息。主要包括以下步骤:

    1)图像校正:消除图像中的畸变、失真等,提高图像质量。

    2)图像分割:将图像中的目标物体与背景分离,便于后续分析。

    3)三维重建:根据二维图像,采用计算机算法重建样品的三维结构。

    4)结构解析:对重建的三维结构进行解析,揭示生物大分子的空间构象和相互作用。

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    12条评论
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    全部 3小时前 四川
    文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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