冷冻电镜工作原理是怎样的?

说道冷冻电镜，全称叫做冷冻电子显微镜(Cryoelectron Microscopy)，简单的说就是通过电子显微镜去观察冷冻起来的固体样本，然后得出清晰的三维结构。这项技术能够清晰的观察液体、半液体及对电子束敏感的样品，如生物、高分子材料等。那么今天中睿百科网小编就带着大家一起来了解一下冷冻电镜这项技术。

冷冻电子显微镜技术，也叫冷冻电镜技术，是在低温下使用透射电子显微镜观察样品的显微技术，即把样品冻起来并保持低温放进显微镜里面，用高度相干的电子作为光源从上面照下来，透过样品和附近的冰层，受到散射。我们再利用探测器和透镜系统把散射信号成像记录下来，最后进行信号处理，得到样品的结构。冷冻电镜技术作为一种重要的结构生物学研究方法，它与X射线晶体学、核磁共振一起构成了高分辨率结构生物学研究的基础。这项技术获得了2017年的诺贝尔化学奖。获奖理由是“开发出冷冻电子显微镜技术(也称为低温电子显微镜技术)用于确定溶液中的生物分子的高分辨率结构”，简化了生物细胞的成像过程，提高了成像质量。

在光学显微镜下，可见光穿过标本就会通过光学透镜进行折射形成图像。电子显微镜与光学显微镜的成像原理基本一样，所不同的是电子显微镜采用电子束作光源，采用80-300kV电子束加速电压，用电磁场作透镜。两者的主要区别是分辨率不同，而影响分辨率的直接因素是光源的波长，即波长越短，分辨率越高。光子的波长大概在500nm左右。电子的波长是光子波长的十万分之一左右。1975年，Henderson通过电子显微镜首次解析得到了分辨率为0.7nm的细菌视紫红质的结构，这些开拓性的研究最终确定了细菌视紫红质以及其他膜蛋白，如水通道蛋白的近原子分辨率图。这些研究为许多二十面体病毒的原子分辨率模型的生成奠定了基础。非有机样品的分辨率甚至更高，它们在成像过程中承受的电子剂量比生物材料高得多，而且结构完整。

那么，为什么不能在原子分辨率的电子显微镜下，直接对单个蛋白质、病毒和细胞的自然状态进行常规成像呢?