高分辨率冷冻电镜 – 单颗粒分析 – 100 kV冷冻电镜

100 kV冷冻透射电子显微镜实现高分辨率单颗粒分析

在过去十年中，冷冻电子显微镜（cryo-EM）技术彻底改变了结构生物学，使科学家能够以高分辨率观察处于近原生状态的复杂分子和亚细胞结构。这些宝贵的观察结果直到最近还仅限于先进的300 kV仪器，这些仪器能够快速处理样品并提供最高对比度成像。200 kV显微镜也在单颗粒分析领域取得了一定进展，但无论是拥有200还是300 kV冷冻透射电子显微镜（cryo-TEM），对于大多数实验室来说仍然成本高昂，限制了cryo-EM的潜在应用范围。100 kV仪器更易获得，但长期以来主要被视为样品筛查工具，而非能够进行高质量结构分析的设备。

近期由赛默飞世尔科技科学家主导发表的一项研究，强调了硬件方面的新突破，这些进步改变了这一传统观念，使得高分辨率结构分析成为可能，尤其是针对对称性分子。100 kV Thermo Scientific Tundra Cryo-TEM，尤其适用于对称性分子的分析。

将结构分析带入100 kV冷冻透射电子显微镜（cryo-TEM）时代

传统上，100 kV下的结构分析主要受限于硬件，从电子源、光学系统到电子探测器。为了解决这些问题，Tundra冷冻透射电子显微镜配备了多项硬件改进，例如极高亮度场发射枪（X-FEG），这是一种能量分布更低的电子源，可减少在较低电子能量下常见的像差。此外，Tundra冷冻透射电镜中物镜的排列实现了2.3毫米的焦距，大大降低了色差，使信号强度相比以往3.5毫米焦距物镜提升了10倍以上。最后，电子探测器的类型和像素尺寸本身对电镜图像质量有着重要影响。Tundra冷冻透射电镜配备了Thermo Scientific Falcon C直接电子探测器，与基于闪烁体的探测器相比，它具有更低的信噪比和更高的探测量子效率（DQE）。

这些组件共同为在100 kV下进行单颗粒分析提供了独特机会。通过减少像差和噪声，可以常规获得用于三维重构的高质量图像。

关键分子展示100 kV冷冻电镜的潜力

使用Tundra冷冻透射电镜与Falcon C探测器分析了八种基准蛋白质。（另外四个样品也用基于闪烁体的Thermo Scientific Ceta探测器进行了分析；更多细节可参见完整出版物。）样品被分类为大型（>200 kDa）、高对称性或小型（<200 kDa）、低对称性两类。Tundra冷冻透射电镜在重建大型、高对称性蛋白方面表现尤为出色，始终能够达到优于3 Å分辨率。

100 kV高分辨率冷冻电镜的未来展望

虽然与200-300 kV分析相比，100 kV冷冻电镜仍然存在固有局限，但这项有前景的研究表明，用这些低能量显微镜进行结构分析确实是可行的。诸如Tundra冷冻透射电镜等仪器，为进入冷冻电镜结构分析领域提供了便捷入口。这些TEM不再仅仅是样品筛选工具，还可以为多种关键蛋白质生成高分辨率、有价值的信息结构。

我们很高兴能够推动这项技术的发展，并促进单颗粒分析应用范围的大幅拓展。

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