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。冷凍電鏡技術的獨特優(yōu)勢：適合于研究結構不規(guī)則的大分子復合物，對于分子量的上限沒有限制。荊州低溫冷凍透射電鏡技術品牌

冷凍電鏡技術原理之電子晶體學：利用電子顯微鏡對生物大分子在一維、二維以致三維空間形成的高度有序重復排列的結構(晶體)成像或者收集衍射圖樣，進而解析這些生物大分子的結構，這種方法稱為電子晶體學。其適合的樣品分子量范圍為10~500kD，Zgao分辨率約0.19nm。該方法與X射線晶體學的類似之處在于均需獲得高度均一的生物大分子的周期性排列，不同之處是利用電子顯微鏡除了可以獲得晶體的電子衍射外還可以通過獲得晶體的圖像來進行結構解析。寧波低溫冷凍透射電鏡技術平臺冷凍電鏡技術中的單顆粒分析法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。

冷凍電鏡技術的儀器結構：（1）圖像記錄系統(tǒng)：收集來自樣品的電子信號，在熒光屏上形成圖像。（2）電子槍：產生電子束的部分，聚光鏡系統(tǒng)負責將電子束聚焦到樣本樣品上。（3）圖像生成系統(tǒng)：由物鏡，中間和投影儀鏡頭以及可移動平臺組成。冷凍電鏡已經能解析出生物大分子的原子級分辨率（0.2-0.3nm）結構，但是這一結果離物理極限還有較大距離。長久以來，冷凍電鏡在結構生物學領域取得了巨大成功，目前，多構象蛋白的三維分類問題和生物大分子的動力學分析依然是充滿挑戰(zhàn)的研究方向，新型的算法發(fā)展也將主要圍繞這些問題展開。而作為一種低信號源激發(fā)測試技術，冷凍電鏡技術在一些對電子束、熱敏感材料，如鈣鈦礦材料、某些高分子材料、水凝膠、量子點等精細結構的物理表征與機理研究中也具有巨大的應用潛力。他山之石，可以攻玉。隨著硬件設備與模擬算法的改進，這項帶著結構生物化學研究邁入新紀元的技術，未來必定擁有更加廣闊的應用前景。

冷凍電子顯微鏡技術：目前使用的幾種主要的結構解析方法包括:電子晶體學單顆粒重構技術和電子斷層掃描重構技術等。電子晶體學：電子晶體學技術利用電子顯微鏡的成像和電子衍射的功能，從生物大分子的二維晶體獲取結構信息，解析其三維結構。生物大分子在空間中有序排列，可以形成三維晶體，也可以形成二維晶體對于二維晶體來說，其只在X-Y平面內具有平移對稱性，電子波照射到二維晶體上時能夠發(fā)生衍射。根據(jù)電子顯微鏡記錄的二維圖像來確定相位，利用二維晶體的衍射圖譜來確定振幅，從而通過反傅里葉變換計算出大分子的密度投影，之后再利用三維重構技術獲得大分子的三維結構圖，從而解析出生物大分子的三維結構。該方法的特點是解析分辨率較高，可達到近原子分辨率。但獲得蛋白的二維晶體來作為樣品，仍然是一項非常具有挑戰(zhàn)性的工作。冷凍電鏡技術之冷凍透射電鏡優(yōu)點：樣品臺穩(wěn)定;第四是全自動，自動換液氮，自動換樣品，自動維持清潔。

冷凍電鏡技術基本原理之三維冷凍電鏡技術：樣品經過在液氮中的冷凍固定，使得生物大分子中的H2O分子以玻璃態(tài)的形式存在，保持低溫，將樣品放入顯微鏡，高度相干的電子作為光源從上面照射下來，透過樣品和附近的冰層，受到散射，利用探測器和透鏡系統(tǒng)把散射的信號成像記錄下來，再進行信號處理，較后利用三維重構的技術得到樣品的三維結構。冷凍電鏡技術的獨特優(yōu)勢分辨率高：光學顯微鏡的分辨率為0.2μm，透射電子顯微鏡的分辨率為0.2nm，透射電子顯微鏡在光學顯微鏡的基礎上放大了1000倍。冷凍電鏡技術采用的快速冷凍技術關鍵在于“快速”。寧波低溫冷凍透射電鏡技術平臺

冷凍電鏡技術，是一種重要的結構生物學研究方法。荊州低溫冷凍透射電鏡技術品牌

冷凍電鏡技術原理之單顆粒技術：對分散分布的生物大分子分別成像，基于分子結構同一性的假設，對多個圖像進行統(tǒng)計分析，并通過對正、加和平均等圖像操作手段提高信噪比，進一步確認二維圖像之間的空間投影關系后經過三維重構獲得生物大分子的三維結構方法。其適合的樣品分子量范圍為80~50MD，Zgao分辨率約0.3nm。利用單顆粒技術獲得三維重構的方法主要包括等價線方法、隨機圓錐重構法、隨機初始模型迭代收斂重構等方法，其基本目標是獲得二維圖像之間正確的空間投影關系，從而進行三維重構。荊州低溫冷凍透射電鏡技術品牌

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