北京
微观世界藏着多少生命谜题？
想要看清病毒、蛋白质的真实模样，可不是一件容易事。这些微小的生物分子处在纳米尺度，时刻不停运动，质地又格外脆弱。普通显微镜根本无法清晰观测，还极易破坏它们的原有形态。直到冷冻电镜出现，才帮科学家们打破了这一困境。今天，我们就一起来认识这位特别的 “冰封探秘者”。
为何看清“纳米世界”如此之难？
在深入探索之前，我们先要了解观测生物大分子时面临的三大“天敌”：
1
尺寸小
病毒、蛋白质、DNA等生物大分子的尺寸在1～100纳米之间，远超普通光学显微镜0.2微米的分辨极限。
2
“怕干”
这类生物大分子只有在有水的环境中，才能维持其天然的三维结构。
3
“怕烫”
观测生物大分子需要高能量的光源，但能量强大的电子束会瞬间“烤焦”这些脆弱的分子，导致其结构被破坏。
以小鸭子为例，展示冷冻电镜解析生物结构过程
冰封之术：冷冻电镜的三大“法宝”
冷冻电镜的诞生，巧妙地攻克了上述所有难题。它的核心原理可概括为3个字：快、冷、算。
01
瞬间冰封
定格生命最真实的姿态
这是冷冻电镜技术中最具革命性的一步，被称为“玻璃化冷冻”。科学家们将含有生物样品的溶液，以毫秒级的速度快速投入零下183摄氏度的液态乙烷中。
02
电子之眼
在极寒中安全“拍照”
样品准备就绪后，接下来就要借助电子显微镜进行观测。电子束的波长短于可见光，因此拥有更高的分辨率。
03
三维重构
从万千影子中重构3D模型
随后，超级计算机登场。它如同一位具备超凡空间想象力的建筑师，凭借强大的算法对海量的二维照片信息进行比对、分类、对齐和整合，最终通过计算得到一个精确到原子级别的高清三维结构模型。
以蛋白质结构解析为例，呈现冷冻电镜工作流程
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责任编辑｜赵青云 李雅欣
运营编辑｜李雅欣
质量审核 | 原飞燕
图文来源 | 《知识就是力量》杂志《冷冻电镜 微观世界的“冰封探秘者”》，撰文/孙正龙、刘珊（深圳湾实验室生物影像平台），原文有删改，原创作品转载请注明来源。
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