高端低温电镜(Titan Krios Talos) - 中国科学院生物物理研究所蛋白质
一种新型冷冻扫描电镜专用样品台的研制及其在小球藻微观形貌表征中应用
电镜样品舱的冷台上（冷台温度-145 C）,进行超 微结构观察（加速电压为2. 0 kV）。
2结果与分析
2.1两种制样方式的Cryo・SEM成像效果 图2是两种不同制样方式在没有升华的前提下
直接观察的Cryo-SEM图片。从图2中可以看出，混 合膜的表面有大量的冰晶，在Cryo-SEM视野下容易 观察到小球藻轮廓,但其表面有一层冰晶覆盖，观 察不到小球藻样品表面信息（图2a）；铆钉法的表面 相对光滑，绝大部分的水呈玻璃态,并将小球藻包 裹起来，没有升华的前提下很难观察到小球藻样品 的信息（图2b）o混合膜法是小球藻以吸附在膜表 面的形式后冷冻观察，混合膜和小球藻的表面有少 许水分，在快速冷冻过程中形成冰晶；而铆钉法是 小球藻以游离在水溶液的状态下冷冻固定观察，小 球藻周围都是水溶液，在快速冷冻过程中，水变成 玻璃态的冰并将小球藻包裹起来。冰晶或者玻璃 态冰会影响目标样品的观察，对样品进行升华可以 去除在过冷液氮雪泥快速冷冻过程中产生的冰晶, 也可以通过升华对样品进行选择性刻蚀使玻璃态 的冰升华,显露出待观察样品。因此，本文考察不 同升华条件对两种制样方式Cryo-SEM成像效果的 影响。
第 40 卷 第 3 期 2021年6月
电子显微学报 Journal of Chinese Electron Microscopy Society
Vol. 40,No. 3 2021-06
文章编号：1000-6281（ 2021） 03-0294-07
一种新型冷冻扫描电镜专用样品台的研制及其在 小球藻微观形貌表征中应用
莫家媚，张少鸿**,苏秋成，刘芬
（中国科学院广州能源研究所，广东广州510640）
摘 要 本文研制了一种能同时放置多个液体、半液体或粘稠类样品的新型冷冻扫描电镜专用样品台；利用研
IBP-CBI高端透射电镜评审预约实施细则
IBP-CBI高端透射电镜评审预约实施细则2018年版2018年1月5日至1月26日，生物成像中心电镜组以邮件方式就高端电镜机时申请、分配和使用等问题向所有使用高端电镜的用户征集了意见与建设。
从反馈情况来看，用户比较关心的问题主要集中在高端电镜评审机制、机时分配、所外用户申请Krios-2机时这三个方面。
本中心根据各位用户的建议并结合本中心长远发展定位，重新修订了IBP-CBI高端透射电镜评审预约实施细则。
具体内容如下：1.生物成像中心为更加便捷的服务用户，将于今年下半年试运行高端电镜机时评审预约系统，目前该系统还在紧张的搭建中。
系统运行后将与仪器预约网共享账号，届时，年度项目书提交、评审、反馈，每月机时申请、预约将一站化完成。
具体系统使用方法将于系统搭建完成后以邮件方式通知给各位用户。
2.生物成像中心将继续扩大评审专家委员会，以专门负责高端电镜机时申请评审工作。
本中心将会尽可能邀请本领域经验丰富的专家加入评审专家委员会。
为保证高端电镜机时申请评审工作的公平公正，评审过程将采用双盲机制，并根据实际情况实施评审回避制度。
具体的评分内容与算法见附件。
3.高端电镜机时申请评审次数继续保持在每年两次，每次有限期半年（201801编号的项目申请书的有限期为2018年3月至2018年8月；201807编号的项目申请书的有效期为2018年9月至2019年2月），以避免项目有效期交叠。
4.为保证更多用户有机会使用高端透射电镜，我们将以课题组为单位，对每个课题组每月使用高端透射电镜的总机时数加以限制。
每个课题组每月使用高端透射电镜总机时数不超过8天；主任调配机时控制在3天内；成像中心每月将预留2天高端电镜机时（目前Krios-2不预留方法学研究机时）用于方法学研究。
为保证成像中心设备的开放共享，本中心每月依然向所外开放不超过5天机时申请（目前Krios-2不开放所外用户申请），具体机时安排由成像中心主任调配。
5.为更加科学的分配机时，成像中心将启动用户机时使用报告制度。
冷冻电镜热起来——2017年诺贝尔化学奖简介
聚……焦冷冻电镜热起来雅克•杜邦内特—2017年诺贝尔化学奖简介■谷第约阿希姆.弗兰克理查德•亨德森2017年度的诺贝尔化学奖授予了瑞士洛桑 大学科学家雅克•杜邦内特、美国哥伦比亚大学 科学家约阿希姆•弗兰克和英国剑桥大学科学家 理查德•亨德森，以表彰他们在开发可以用于研 究生物分子高分辨率结构的“冷冻电镜”技术 方面的杰出贡献。
说起电子显微镜，人们或许都不陌生，它 是一种分辨率比光学显微镜更高，可以看到光 学显微镜下看不到的微观世界的仪器。
那什么 是冷冻电镜呢？总不会是把电子显微镜冷冻起 来吧？这种冷冻电镜技术又为什么能够用于研 究生物分子的结构呢？3位科学家30多年前的研 究为什么直到现在才获得诺贝尔奖委员会的青 睐呢？下面就让我们一一揭开这些问题的答案。
“结构三剑客”毫无疑问，电子显微镜是科学家用来探索 微观世界的利器。
但微观世界也不是一概而论 的，在尺度上跨越了多个数量级。
通常说到生物学上的微观世界，人们想到 的大概会是各种寄生虫和细菌，大小从几百微 米直至几微米。
相比之下，头发丝直径大概是 不到100微米。
要想看清楚这样的微观结构，就 要借助光学显微镜。
最好的光学显微镜能够看 到细胞内部细胞器的结构，通过一些特殊技术 甚至能够看到单个的蛋白质分子。
说到物理学上的微观世界，人们想到的大 概就是分子和原子了。
要想“看”到单个的原 子，只有借助扫描隧道显微镜或是原子力显微 镜才行，但这些设备对观测样品的限制非常多，实际应用领域比较狭窄。
应用得更为广泛 的是电子显微镜，虽然它不能直接观测到单个 的原子，但是对于光学显微镜下的微观世界，电子显微镜能够提供更为清晰、分辨率更高、细节更为丰富的照片。
近一个世纪以来，生物学家也有了观察分 子级别，甚至是原子级别微观世界的需求。
再 复杂的细胞、细胞器也都是由各种生物分子，特别是蛋白质等生物大分子构成的，要研究这2017.11B百科知识\ 11聚.......焦些蛋白质的功能，最直接的方法就是“看到”它们的三维结构，也就是测定构成一个蛋白质 分子的成千上万个原子的三维坐标。
高端电子显微镜实验室环境设计与建设技术要点
电子显微学报Journal of Chinese Electron Microscopy Society第 40 卷 第 1 期2021年2月Vol. 40,No. 12021-02文章编号：1000-6281（2021）01-0078-12高端电子显微镜实验室环境设计与建设技术要点郭振玺',2**，张 斌3，豆瑞发4,茶丽梅5,陈永圣6，邵 博裴 霞韩玉刚6收稿日期：2020-10-15；修订日期：2020-12-26基金项目：北京大学仪器创新研制项目（No.6202000080/003）；北京航空航天大学工程训练中心合作项目（No.8300300194）；深圳军民融合装备技术研究院合作项目（No.8430102318）.作者简介：郭振玺（ 1986-），男（汉族），河北邯郸人，咼级工程师，博士. E-mail ：guozhenxi@ *通讯作者：郭振玺（ 1986-），男（汉族），河北邯郸人，高级工程师，博士. E-mail ：guozhenxi@ 韩玉刚（1975-），男（汉族），河北张家口人，研究员.E-mail ：yugangh@ （北京大学1.生命科学学院,2.冷冻电镜平台，北京100871； 3.重庆大学分析测试中心，重庆401331；4.北方工程设计研究院有限公司，河北石家庄050011 ；5.广东以色列理工学院材料系，广东汕头515063； 6.中国科学院生物物理研究所蛋白质科学研究平台，北京100101）摘要 电子显微镜（以下简称电镜）是具有超高分辨率的高精密电子光学仪器，广泛应用于科研、工业、医疗、食品安全和生命健康等众多领域，已成为现代物质形态与微结构的重要测试表征与科学研究仪器。
近年来，随着球差/色差校正技术、各类原位电镜技术等的快速发展与应用，原子尺度（静态与动态）微结构图像的获取已不再遥 不可及。
冷冻电镜的发展与普及，更是为生物大分子复合物、软物质等的研究带来了革新。
冷冻电镜——精选推荐
冷冻电镜研究进展冷冻电⼦显微镜技术（cryoelectron microscopy）是从20世纪70年代提出的，经过近10年的努⼒，在80年代趋于成熟。
它的研究对象⾮常⼴泛，包括病毒、膜蛋⽩、肌丝、蛋⽩质核苷酸复合体、亚细胞器等等。
⼀⽅⾯，冷冻电⼦显微镜技术所研究的⽣物样品既可以是具有⼆维晶体结构的，也可以是⾮晶体的；⽽且对于样品的分⼦量没有限制。
因此，⼤⼤突破了X-射线晶体学只能研究三维晶体样品和核磁共振波谱学只能研究⼩分⼦量（⼩于100KDa）样品的限制。
另⼀⽅⾯，⽣物样品是通过快速冷冻的⽅法进⾏固定的，克服了因化学固定、染⾊、⾦属镀膜等过程对样品构象的影响，更加接近样品的⽣活状态。
21世纪初，冷冻电⼦显微镜都具备⾃动图像采集系统。
CCD(charged-couple device)照相机能快速、动态的记录电⼦衍射图，但由于像素的限制，其分辨率不如照相胶⽚。
CCD和照相胶⽚所记录的是⽣物样品空间结构的⼆维投影，利⽤各种计算机软件程序包，可以从电镜的⼆维图像重构样品的三维结构，即三维重构。
已开发出许多软件程序包可供计算机处理使⽤，⼤⼤⽅便了⽣物样品的结构重构。
[1]操作步骤样品准备⽤于冷冻电镜研究的⽣物⼤分⼦样品必须⾮常纯净。
⽣物样品是在⾼真空的条件下成像的，所以样品的制备既要能够保持本⾝的结构，⼜能抗脱⽔、电⼦辐射。
⼀种⽅法是通过快速冷冻使含⽔样品中的⽔处于玻璃态，也就是在亲⽔的⽀持膜上将含⽔样品包埋在⼀层较样品略⾼的薄冰内。
该⽅法有两个关键步骤：⼀是将样品在载⽹上形成⼀薄层⽔膜；⼆是将第⼀步获得的含⽔薄膜样品快速冷冻。
在多数情况下，⽤⼿⼯将载⽹迅速浸⼊液氮内可使⽔冷冻成为玻璃态。
其优点在于将样品保持在接近“⽣活”状态，不会因脱⽔⽽变形；减少辐射损伤；⽽且通过快速冷冻捕捉不同状态下的分⼦结构信息，了解分⼦功能循环中的构象变化。
另⼀种⽅法是通过喷雾冷冻装置（spray-freezing equipment），利⽤结合底物混合冰冻技术 (spray-freezing)，可以把两种溶液（如受体和配体）在极短的时间内混合起来 (ms量级)，然后快速冷冻，将其固定在某种反应中间状态，这样能对⽣物⼤分⼦在结合底物时或其他⽣化反应中的快速的结构变化进⾏测定，深⼊了解⽣物⼤分⼦的功能。
冷冻电镜:四十年风雨无阻路终得云开见月明——2017年诺贝尔化学奖简介
冷冻电镜：四十年风雨无阻路终得云开见月明——2017年诺
贝尔化学奖简介
李承珉
【期刊名称】《自然杂志》
【年(卷),期】2017(039)006
【摘要】电子显微镜强大的分辨能力能帮助人类展示微观世界的细节,在生命科学领域有着广泛的用途.但是,由于生物样品无法承受电子束的辐照损伤,电镜技术一直很难在生物样品上获得高分辨率信息.冷冻电镜技术的诞生以及近几年的分辨率革命开启了一个利用电镜技术解析生物分子结构的新纪元,该技术的几位先驱科学家也因此获得了2017年的诺贝尔化学奖.本文简要回顾了电镜三维重构技术和冷冻技术的历史和发展现状,并对未来作出展望.
【总页数】10页(P417-426)
【作者】李承珉
【作者单位】中国科学院生物物理研究所,北京100101
【正文语种】中文
【相关文献】
1.等到花放闻麦香守得云开见月明——访首都师范大学生命科学学院副院长晏月明教授 [J], 吴应清
2.冷冻电镜技术应用于生物分子高分辨结构解析——2017年诺贝尔化学奖浅谈[J], 李治非;高宁
3.冷冻电镜技术:从原子尺度看生命——2017年诺贝尔化学奖简介 [J], 杨慧;李慎
涛;薛冰
4.守得云开见月明,相信星火终燎原——“捷安特电动车”2019山地电动车越野赛后记 [J], 王震蒙
5.不畏浮云遮望眼终得云开见月明--对一道圆锥曲线联考题的探究拓展及教学思考[J], 石秀成;汪勇建
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
[高分子材料] 三位科学家因发展冷冻电子显微镜技术获诺贝尔化学奖
![[高分子材料] 三位科学家因发展冷冻电子显微镜技术获诺贝尔化学奖](https://img.taocdn.com/s3/m/5e2bfa6831126edb6f1a1078.png)
2017-10-04北京时间10月4日17时45分许，2017年诺贝尔化学奖颁给雅克·杜波切特(Jacques Dubochet), 阿希姆·弗兰克(Joachim Frank)和理查德·亨德森(Richard Henderson)，表彰他们发展了冷冻电子显微镜技术，以很高的分辨率确定了溶液里的生物分子的结构。
图片来源：诺贝尔官网。
获奖人简介约阿基姆·弗兰克（Joachim Frank）德裔生物物理学家，现为哥伦比亚大学教授。
他因发明单粒子冷冻电镜（cryo-electron microscopy）而闻名，此外他对细菌和真核生物的核糖体结构和功能研究做出重要贡献。
弗兰克 2006 年入选为美国艺术与科学、美国国家科学院两院院士。
2014 年获得本杰明·富兰克林生命科学奖。
理查德·亨德森（Richard Henderson）苏格兰分子生物学家和生物物理学家，他是电子显微镜领域的开创者之一。
1975 年，他与 Nigel Unwin 通过电子显微镜研究AHAHAGAHAGAGGAGAGGAFFFFAFAF膜蛋白、细菌视紫红质，并由此揭示出膜蛋白具有良好的机构，可以发生α- 螺旋。
近年来，亨德森将注意力集中在单粒子电子显微镜上，即用冷冻电镜确定蛋白质的原子分辨率模型。
雅克·迪波什（Jacques Dubochet）， 1942 年生于瑞士，1973 年博士毕业于日内瓦大学和瑞士巴塞尔大学，瑞士洛桑大学生物物理学荣誉教授。
Dubochet 博士领导的小组开发出真正成熟可用的快速投入冷冻制样技术制作不形成冰晶体的玻璃态冰包埋样品，随着冷台技术的开发，冷冻电镜技术正式推广开来。
革命性的冷冻电镜技术细胞里面的生命活动井然有序，每一个部分都有其特定的结构，承担不同的功能。
生物大分子则是一切生命活动的最终执行者，它们主要是核酸和蛋白。
核酸携带了生命体的遗传信息，而蛋白是生命活动的主要执行者。
冷冻电镜名词解释细胞生物学
冷冻电镜名词解释细胞生物学冷冻电镜（Cryo-electron microscopy）是一种在细胞生物学中广泛应用的技术，它通过将生物样品冷冻到极低温度，并使用电子束来观察样品的高分辨率图像。
冷冻电镜技术的发展为科学家们提供了一种研究生物体内部结构和功能的强大工具。
在传统的电子显微镜中，样品需要进行化学固定和切片处理，这可能导致样品的形态和结构发生变化。
而冷冻电镜技术则能够在无需进行这些处理的情况下，直接观察样品的原始状态。
这使得科学家们能够更准确地研究细胞和生物分子的结构和功能。
冷冻电镜技术的核心是将生物样品快速冷冻到液氮温度（约-196℃），以防止样品中的水分子形成冰晶，从而保持样品的原始结构。
冷冻过程中，样品通常会被浸泡在含有保护剂的溶液中，以保护样品免受冷冻过程中的损伤。
冷冻完成后，样品被转移到冷冻电镜中进行观察。
在冷冻电镜中，电子束通过样品并与之相互作用，形成电子透射图像。
这些图像被记录下来，并通过计算机处理和重建来生成高分辨率的三维结构模型。
通过观察这些模型，科学家们可以了解细胞和生物分子的内部结构和组织方式。
冷冻电镜技术在细胞生物学中的应用非常广泛。
它可以用来研究细胞器、蛋白质复合物、病毒等生物分子的结构和功能。
例如，科学家们利用冷冻电镜技术成功地解析了许多重要生物分子的结构，如核糖体、ATP合成酶等。
这些研究对于理解生命的基本过程和疾病的发生机制具有重要意义。
除了在细胞生物学领域的应用，冷冻电镜技术还被广泛应用于药物研发和生物医学研究中。
通过观察药物与靶分子之间的相互作用，科学家们可以设计出更有效的药物，并了解药物如何在细胞内起作用。
此外，冷冻电镜技术还可以用于研究蛋白质聚集和与疾病相关的蛋白质异常聚集现象，如阿尔茨海默病、帕金森病等。
尽管冷冻电镜技术在细胞生物学研究中具有重要作用，但它也存在一些挑战和限制。
首先，由于电子束与样品相互作用的方式不同于光束与样品相互作用的方式，因此冷冻电镜技术无法直接观察活体细胞的动态过程。
211081496_冷冻电镜在新科研领域的拓荒人——记南方科技大学生命科学学院讲席教授廖茂富
创新之路54 科学中国人 2023年3月冷冻电镜在新科研领域的拓荒人——记南方科技大学生命科学学院讲席教授廖茂富 谭 凯如果说人体是一台精密的仪器，那么疾病就是出现的故障。
人类追求健康，却摆脱不了疾病的存在。
以前，古人认为人以天地之气生，四时之法成，人体失序，叫作疾病。
气是健康的本质和基础，人体内阴阳二气和谐，就是健康的状态。
随着科技的迅猛发展，科学家如何更深层次地了解人类疾病的发生机理及过程？对此，《科学中国人》采访了南方科技大学生命科学学院讲席教授、博士生导师廖茂富。
“以现在人们关注的新冠病毒为例，病毒的整个侵染过程是这样的：病毒表面的一个蛋白结合到人细胞表面的一个受体蛋白。
这种特异性的结合导致侵染过程非常有效。
”廖茂富介绍，如今，科学家们可以从分子水平去理解疾病。
人、动物、植物甚至微生物，主要有几种大分子：蛋白质、核酸、脂类还有糖类。
分子通过不同的方式组合在一起，产生各种生命功能。
那么如何才能看到这么微小的东西呢？一个非常简单的想法，就是用放大镜。
放大镜的倍数越高，看到的就越详细。
冷冻电镜就是一种倍数非常大的放大镜，通过它就能直接看到分子甚至原子水平的细节。
基于此，人们不但能理解疾病发生的过程，而且可以想办法阻断这个过程。
廖茂富的研究工作就集中在发展冷冻电镜应用方法学，以及结合生物电镜和其他方法来深入研究与人类健康和疾病相关的生物大分子的结构与功能上。
他在一系列科研领域取得了突破性进展，作为通讯作者在《自然》《科学》《细胞》等国际著名期刊上发表了多篇重量级文章。
对蛋白研究的兴趣不减廖茂富本科时是在清华大学生物科学与技术系学习，在大学四年级开始正式接触生物科研。
当年他在陈应华教授课题组的毕业设计课题，是研究人类免疫缺陷病毒（H I V）侵染细胞所使用的蛋白及其构象变化，以及如何用免疫的方法来阻断这个过程。
“当时做的研究不是特别多，但是却培养了我对蛋白研究的兴趣。
”廖茂富说，正是这一兴趣驱使他继续攀爬象牙塔，但因为当时国内的生物实验室并不多，他决定出国深造。
冷冻电镜：-180℃解析蛋白质结构
在国家蛋白质科学中心·上海（筹），有一台300千伏冷冻透射电镜，名字叫“TitanKrios”，整体性能居全球前列。
科研人员利用它能做什么研究呢？日前的一场相关研讨会上，专家介绍了冷冻电镜技术和这台顶级冷冻电镜。
加州大学旧金山分校副教授程亦凡介绍，与传统电子显微镜相比，生物冷冻电镜技术对于生物样品，特别是蛋白质结构研究具有独特优势，近年来发展十分迅速。
这种技术将生物样品冷冻在—180℃左右的液氮环境中，在毫秒时间内把样品内部的水冷冻成玻璃态，从而保存了样品的天然形貌，使科研人员能观测到蛋白质的细微结构。
最新的技术突破，将分辨率提高到原子级别（约0.3—0.4纳米）。
用冷冻电镜从各个方向上照射样品，能获取其三维结构。
专家说，解析大分子蛋白质结构的传统方法是X光晶体学法，需要结晶这个步骤，而结晶要用大量蛋白质做“原料”，还必须让晶体“长”出来，难度颇高。
特别对膜蛋白等一些蛋白质来说，结晶几乎是“不可能完成的任务”。
而采用生物冷冻电镜技术解析蛋白质结构，无需结晶，所以在结构生物学界引起广泛关注。
此次国际研讨会，中科院院士施一公、美国科学院院士赵华等众多科学家相聚上海，探讨这一技术在结构生物学的应用。
在国家蛋白质科学中心·上海（筹），这台300千伏的冷冻透射电镜是最昂贵的设备，有近4米高。
专家解释说，电压越大，波长就越小，电镜分辨率也就越高，300千伏的电压使仪器本身的分辨率达到0.14纳米。
再加上各个精密部件的“协同合作”，整台设备具备国际一流的蛋白质结构生物学研究能力。
这台冷冻透射电镜已向国内外科研机构开放。
国家蛋白质科学中心·上海（筹）主任助理黄超兰研究员表示，在“后基因组时代”，蛋白质结构与功能研究是生命科学中迫切的任务。
人类疾病的发生与体内相关蛋白功能的异常密切相关，解析这类蛋白的结构，对阐述疾病发生机制至关重要。
因此，这台冷冻电镜将成为我国结构生物学研究中的“利器”。
冷冻电镜新时代蛋白质科学和药物研发的利器
冷冻电镜（cryo-electron microscopy ,cryo-EM）技术是将生物大分子在毫秒时间尺度内快速冷冻在玻璃态的冰中，应用低温透射电子显微镜收集生物大分子的二维投影，并利用三维重构的方法得到大分子三维精细结构的生物物理学技术。
作为当前结构生物学领域最为前沿的成像技术之一，冷冻电镜技术已经能够将生物大分子复合体的结构解析能力拓展至原子分辨率水平，特别适用于解析复杂的超大分子复合体的三维精细结构及动态结构，在小分子药物及疫苗的开发中亦显露出巨大的潜力。
冷冻电镜技术及其发展历史蛋白质的三维结构决定了其功能，在冷冻电镜技术发展以前，一般是用重金属盐覆盖目标生物大分子，应用常温负染透射电镜进行观察，分辨率较低。
20世纪70年代末期到80年代初，瑞士洛桑大学雅克•杜博歇（Jacques Dubochet）教授通过使用液氮冷却的液态乙烷可以在毫秒之内实现生物样品的快速冷冻，制作不形成冰晶体的玻璃态冰包埋的生物样品，样品接近其天然形态，并可有效抵御电子的辐照损伤。
美国哥伦比亚大学约阿希姆•弗兰克（Joachim Frank）教授建立了冷冻电镜单颗粒三维重构技术。
英国剑桥大学理查德•亨德森（Richard Henderson）教授建立并使用二维电子晶体学技术得到了第一个膜蛋白视紫红质蛋白的三维结构，近年来致力于直接电子探测技术的发展和应用。
上述开拓性的工作共同奠定了冷冻电镜技术发展的基础。
经历几十年的技术积累和硬件发展，2013年，随着直接电子探测技术的发展，冷冻电镜技术迎来了“分辨率革命”，经美国科学院外籍院士程亦凡等科学家的努力，解析精度获得了近原子分辨率的突破性进步。
2017年，杜博歇、弗兰克和■文/许文青 丛 尧 王 权冷冻电镜：新时代蛋白质科学和药物研发的利器冷冻电镜新技术的不断涌现将为蛋白质科学、生物医学及细胞生物学的发展提供更大的机遇。
在国家大力倡导新基建的背景下，建设电镜中心等先进产业创新基础设施必将有效推动上海及张江生物蛋白质科学和生物医药产业的快速发展。
低温电子显微镜技术在生物学中的应用
低温电子显微镜技术在生物学中的应用低温电子显微镜（cryo-electron microscopy，简称cryo-EM）是一种基于冷冻取样和电子显微镜技术的高分辨率成像方法。
随着电子技术和计算机技术的不断发展，cryo-EM已成为研究生物大分子结构和功能的重要工具。
本文将探讨低温电子显微镜技术在生物学中的应用。
一、低温电子显微镜技术的原理和方法Cryo-EM技术是将生物大分子制备成很薄的冰膜，然后冷冻保持其原始结构。
然后使用电子显微镜扫描样品，并通过图像处理技术还原出生物大分子的三维结构。
其原理是利用电子束对样品进行成像，样品被固定在非常低的温度下，使其不会被照射的电子束的辐射破坏。
因此，低温电子显微镜技术可以获得生物大分子高分辨率的结构信息。
Cryo-EM技术的基本流程如下：首先将样品制成冰膜，在低温下将其固定在电子显微镜电极的样品支架上。
由于样品被冷冻并快速成冰，因此样品中的水分子会迅速形成高速冰，从而减少冰膜的毛细力和溶解能散失，使样品可以保持自然的形状。
然后用电子束对冰膜成像进行成像，并记录图像序列。
最后通过计算机成像软件对图像序列进行处理，建立大分子的3D结构。
二、Cryo-EM技术已广泛应用于研究生物大分子的高分辨率结构和功能。
以下是其在不同领域中的应用。
1. 蛋白质结构研究Cryo-EM技术可以直接观察大分子的3D结构，因此可以用于研究蛋白质的结构。
在过去，X射线晶体学是研究蛋白质结构的主要方法，但由于很多蛋白质无法结晶而使研究陷入困境。
低温电子显微镜技术的出现使得这种限制不再存在，可以得到更广泛的样品。
例如，研究了药用肉毒杆菌的毒素结构，这对开发更好的肉毒杆菌中毒治疗方案非常重要。
2. 病毒研究低温电子显微镜技术在病毒学领域中也具有重要应用。
在至尊公主，这一技术用于揭示病毒的复杂结构，如HIV的结构和组装。
3. 生物膜研究低温电子显微镜技术还可以用于研究细胞膜和其他有机膜的3D结构。
冷冻电镜技术的革新
冷冻电镜技术的革新近年来，冷冻电镜技术（Cryo-Electron Microscopy, Cryo-EM）作为一种重要的生物成像工具，在生命科学领域取得了显著的突破。
其以高分辨率、无需结晶和保留生物样品原始状态等优点，逐渐取代了传统的电子显微镜和X射线晶体学，成为研究生物大分子的强大工具。
本文将深入探讨冷冻电镜技术的发展历程、核心原理以及其在各个领域中的应用与前景。
冷冻电镜技术的发展历程冷冻电镜技术的发展可以追溯到20世纪50年代，但真正的突破发生在21世纪。
最初，研究人员在使用电子显微镜时所遇到的问题包括样品准备复杂、对样品的辐照损伤等，这些都限制了其应用范围。
早期探索冷冻电镜技术的雏形出现于1955年，科学家们开始尝试用极低温度来保护生物样品。
七十年代，利用快速冷冻方法来制备样品的技术得到了发展，研究者们越来越意识到冷冻保存能够有效避免样品形态改变以及辐射损伤。
关键性进展2000年以后，冷冻电镜技术经历了一系列关键性的进展。
通过引入单颗粒分析方法，研究人员能够对单个蛋白质复合物进行重建，而不必依赖于结晶。
这一理念使得许多难以获得结构数据的复合物得以被详细解析。
在这一过程中，各类成像算法和计算方法的不断优化，也在很大程度上提升了图像解析能力。
2017年，因对冷冻电镜技术的贡献而获得诺贝尔化学奖的三位科学家：雅克·杜波希、里查德·赫金和乔治·斯密斯，他们的研究成果不仅推动了该领域的发展，也提高了人们对这项技术的关注度。
冷冻电镜技术的核心原理冷冻电镜技术基于电子束与被观察样品相互作用而成像。
其基本流程包括样品准备、快速冷冻、电子束照射以及图像采集等几个步骤。
样品准备高质量的样品是冷冻电镜成功的重要因素。
通常在实验开始前，需要将生物样品分散在特定基底上，然后迅速将其置于液氮或其他低温环境下，使其进入超冷状态。
这一过程中要避免样品形成冰晶，以确保其细微结构得到良好的保存。
南方科技大学冷冻电镜平台Krios300千伏场发射冷冻透射电镜用户申请书
南方科技大学冷冻电镜平台Krios 300千伏场发射冷冻透射电镜用户申请书(试用)课题名称（中文）：（英文）：申请人：工作单位：申请日期：南方科技大学冷冻电镜平台2019年12月制填表说明一、不同的课题请分别用单独的申请表。
二、每次申请，同一课题只能填一份申请表，且只能选其中一台电镜，一般不接受不同电镜间调剂。
三、申请人需填课题负责人（PI）名字，申请表封面中的申请人名字应与用户信息栏的申请人名字一致。
四、各项内容均请认真填写，表达要明确、严谨。
各栏中空格不够时，请自行加页。
五、选择性栏目请在括号内画√。
六、“机时需求”一栏填写以“时段”为单位，每天二十四小时为一个时段。
交接时间为每天上午9点。
七、用户利用冷冻电镜平台人力和设备资源完成科研工作、获取研究数据并据此发表相关成果时应对平台予以致谢，参见平台规范格式，否则取消平台设备使用资格。
八、在使用平台资源的安全性方面，以及提供的样品的生物安全等级和危险性方面，用户应遵守国家相关规定以及南方科技大学和冷冻电镜平台的特别规定。
用户必须保证样品对人和设备无危害（生物安全级别，无磁性、放射性和腐蚀性等），如隐瞒实情其本人和所在的工作单位须承担全部责任。
九、包含上述致谢、安全等在内的规章制度以及关于中心和平台的更多的信息，请登录南方科技大学冷冻电镜平台网站：十、申请书请以电子版寄至评审委员会的联系人汇总。
邮件发送人如非课题负责人（PI）本人请同时抄送给PI（含co-PI）以表明申请已获得PI确认。
十一、本中心300kV电镜网上预约、机时统计等功能都是通过南方科技大学FOM（Facility Online Manager）系统预约。
所以本申请表填写时请给出FOM系统登陆的账号名。
FOM系统可以南方科技大学官网上找到登陆链接。
电镜配置说明Krios G3/G3i 电镜基本配置：➢最高加速电压300千伏➢物镜类型：C-Twin➢信息分辨极限：0.14nm➢最大样品倾角±70°➢Autoloader自动进样系统，可一次装载并存储最多达11个样品➢三级聚光镜照明系统，可实现宽范围连续可调的平行光照明➢恒功率模式的磁透镜系统保证成像的高稳定性➢TEM模式不同放大倍数间无图像旋转➢自动加注液氮➢可以实现远程操作不同电镜编号的独特配置：● Krios 1 (D3500)✧Schottky X-FEG场发射电子枪✧样品水平面上的90°旋转✧Volta phase plate✧Gatan BioQuantum 能量过滤系统✧探测器类型：Post-GIF Gatan K2 Summit 直接电子探测器FEI Ceta CMOS CCDFalcon 3 直接电子探测（待安装）● Krios 2 (D3796)✧Schottky X-FEG场发射电子枪✧Volta phase plate✧Gatan BioQuantum 能量过滤系统✧探测器类型：Post-GIF Gatan K3 Summit 直接电子探测器FEI Ceta CMOS CCDFalcon 3 直接电子探测● Krios 3 (D3794)✧Schottky X-FEG场发射电子枪✧Volta phase plate✧Gatan BioQuantum 能量过滤系统✧探测器类型：Post-GIF Gatan K2 Summit 直接电子探测器FEI Ceta CMOS CCDFalcon 3 直接电子探测● Krios 4 (D3706)✧Schottky X-FEG场发射电子枪✧样品水平面上的90°旋转✧Volta phase plate✧Gatan BioQuantum 能量过滤系统✧探测器类型：Post-GIF Gatan K3 Summit 直接电子探测器FEI Ceta CMOS CCDFalcon 3 直接电子探测器2、冷冻样品质量、制备准备状态及课题进展（本部分请尽量多提供相关图片，可自行加页，但每部分最多不超过2页）2.1冷冻电镜样品制备准备情况（包括前期电镜样品制备、电镜检查（如样品的浓度、均一性、分散性等），应提供冷冻样品Screening 结果的照片。
低温电镜技术及其在植物(动物)材料研究中的应用
低温电镜技术及其在植物(动物)材料研究中的应用
祝建;胡正海
【期刊名称】《西北植物学报》
【年(卷),期】1999(019)006
【摘要】通过一些实例介绍了高压冷冻,冷冻置换和冷冻超薄切片等低温电镜样品制备技术,并且与传统方法对照,说明低温电镜技术的优越性.其中,发菜(Nostoc flagelliforme)营养细胞的冷冻超薄切片(未经化学固定,脱水)所显示的超微结构更客观地反映了生物样品的自然生理状态.此外,应用高压冷冻和冷冻置换的免疫标记电镜技术,首次对发菜营养细胞中的DNA进行定位,明确了核区的位置及范围.【总页数】7页(P97-103)
【作者】祝建;胡正海
【作者单位】上海铁道大学医学工程技术研究中心,上海,200333;西北大学植物研究所,西安,710069
【正文语种】中文
【中图分类】Q942.1
【相关文献】
1.免疫电镜技术在植物病毒研究中的应用 [J], 李文财;周常勇
2.低真空扫描电镜技术在材料研究中的应用 [J], 周广荣
3.电镜技术在植物病害研究中的应用 [J], 马丹丹;邓雨青;周彦;周常勇;李中安
4.电镜技术在我国核桃属植物研究中的应用 [J], 王承建;舒秀阁;梁静;贾明;刘丙花;
王小芳;于艳萍;赵登超
5.免疫电镜技术在动物病毒感染诊断中的应用 [J], 严玉霖;陈玲;高斌;高洪
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Titan Krios用户申请须知
每份用户实验申请提交后将在一星期内转发给两位专家进行评审，评审时间约为一个月。
此后将评审意见及机时安排的起始及终止日期通知用户。
符合以下情况的用户实验申请将为所申请的实验在一年中分批安排所申请的机时：
1 两位评审专家均同意该实验申请
2 一位专家同意实验申请，另一位不同意实验申请，而用户提交申请的同时附上曾依托本所实验平台的Titan Krios发表的论文（论文中清楚地注明依托本所实验平台的设备）
符合以下情况的用户实验申请将根据机时需求的紧张程度，在一年中为所申请的实验安排部分申请机时：
1一位专家同意实验申请，另一位不同意实验申请
2 两位专家均不同意实验申请，但用户提交申请的同时附上曾依托本所实验平台的Titan Krios发表的论文（论文中清楚地注明依托本所实验平台的设备）
以下情况的用户实验申请将不安排机时：
1两位专家均不同意实验申请
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
专家评审要点有以下四点：
第一，对用户实验的生物学或医学或方法学上的重要性做出评定。
第二，用户使用Titan Krios 的必要性。
使用其它电镜或实验方法能否达到实验目的，使用本中心其他设备能否同样达到实验目的。
本中心尚有：
透射电镜Tecnai Spirit （120kV，钨灯丝，2K×2K 底插式eagle CCD，1K*1K 侧插式OSIS 冷CCD，电子断层扫描自动化数据收集软件，配有室温单倾样品杆、Gatan 927 室温双轴高倾样品杆、Gatan 626 低温样品杆，Gatan CT3500低温样品杆，样品台最大倾转角70度，物镜球差系数3.7mm,色差系数3.7mm，点分辨率0.34nm）
透射电镜FEI Tecnai20 （200kV，LaB6灯丝，2K×2K Gatan Ultrascan 894 CCD，电子断层扫描自动化数据收集软件，配有室温单倾样品杆、Gatan 927 室温双轴高倾样品杆、Gatan 626 低温样品杆，Gatan CT3500低温样品杆，样品台最大倾转角70度，物镜球差系数2.5mm,色差系数2.5mm，点分辨率0.25nm）。
第三，使用Titan Krios能否达到用户的实验目的。
本中心的Titan Krios配置为1. 配有场发射电子枪，最高加速电压300kV，三级聚光镜系统，实现一定范围内的平行光照明；2. 自动进样系统可同时存储12个冷冻样品，样品台可倾转最大角度70度，水平旋转90度；3. 恒功率模式的电磁透镜系统保证成像的高稳定性；4. 物镜球差系数2.7mm,色差系数2.7mm; 5. 点分辨率0.25nm,信息分辨极限
0.14nm; 6. 底插式Gatan Ultrascan 985 4K×4K CCD相机；7. Gatan GIF Tridium 能量过滤器；
8. STEM 暗场模式成像; 9. 用户界面友好，远程操作；10. 配有DM和TIA图像采集和分析软件；11. 配有Xplore3D电子断层扫描自动化数据收集软件。
第四，用户的实验设计是否合理，前期实验工作是否充分，所申请的机时是否合理。
本中心的机时以11小时为单位，每天分为两个时间段，中间间隔1小时。
早九点至晚八点为一个时间段，晚九点到次日早八点为另一个时间段。
Talos用户申请须知
1.各项内容均请认真填写，表达要明确、严谨，字迹要清晰易辨。
各栏中空间不够时，
请自行加页。
2.本申请书为试运行版本，试运行期为2014年11月15日起至2015年5月15日止，期满根
据用户反馈意见进行相关调整。
3.机时预约
1)每个新用户使用Talos电镜前，必须填写本申请书。
Talos机时预约以每个月最
后一周为时间节点开始预约下个月的机时），用户网上完成预约后，填好申请
表发给管理人员，由专家委员会评审后批准机时。
2)Talos“机时需求”一栏填写要以“时间段”为单位，早9:00-12:00为第一时段
（检查样品或与前后时段连用进行数据收集），午13:00-16:00为第二时段（检
查样品或与前后时段连用进行数据收集），收费标准为1500元/时段；晚17:00
至次日8:00为第三时段（主要用于数据收集），收费标准为2000元/时段。
注：
每周三、周六晚18:00至次日9:00用作电镜Cryo-Cycle时间，周日为测试维护时
间。
3)Talos 的用户每年根据样品的制备情况、预约时间和工作质量等可以申请第二
年度附加奖励机时，由专家委员会对用户的申请给出适当的奖励限度。
4)管理员每月保留4-5天作为机器调试和维修时间。
5)Talos用户申请书必须提供样品负染结果，且有低温电镜照片，或提供相关证据
证明该样品可以用于收集高分辨电镜数据。
6)正式上机前用户应按照需求完成样品制备及镜检，以便节省正式使用的时间，
提高机时使用效率。
7)若遇仪器故障或突发情况导致机时不能使用，该时段预约作废，机时另行安排，
不顺延。
8)初次实验者，实验前应与管理人员研究制定具体实施方案。
4.本申请书一式二份
5.申请书请寄：黄小俊 Email: xiaojunhuang@
蛋白质科学研究平台生物成像中心
二〇一四年制。