电镜是什么？冷冻电镜到底是什么？

瑞典皇家科学院于 10 月 4 日宣布，将 2017 年诺贝尔化学奖授予瑞士科学家雅克·杜博切特、美国科学家约阿希姆·弗兰克和英国科学家理查德·亨德森，以表彰他们在冷冻电镜发展中的开创性贡献技术。

普通人听说冷冻电镜技术是一头雾水，我们先普及一下这项技术。

我们最熟悉的放大物就是放大镜。

那么我们知道显微镜可以更有效地放大物体，它是由一个透镜或几个透镜组合而成的光学仪器。主要用于将微小物体放大成肉眼可见的仪器。

第一台显微镜是在 16 世纪后期在荷兰制造的。发明者可能是一位名叫 的荷兰眼镜商，他制造了一个带有两个镜头的简单显微镜。据文献记载，第一个使用显微镜的人是意大利科学家伽利略·伽利莱。他通过显微镜观察昆虫后，第一次描述了昆虫的复眼。第二个使用显微镜的是列文虎克，他首先描述了许多肉眼看不见的微小动植物。

列文虎克使用的显微镜​​

与普通显微镜不同，电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的精细结构在非常高的放大倍率下得以成像。通俗的讲，它的放大倍数比普通显微镜高得多，看得更清楚。 1931 年 4 月 7 日，Ernst Ruska 和 Max Knorr 成功地制造出第一台带有磁透镜的二次电子光学放大镜，实现了电子显微镜的技术原理，该原理是基于磁场由于带电电子。使穿过透镜的电子射线像光线一样聚焦的位移现象，当时被称为“超显微术”。产学研相结合是鲁斯卡的强项，后来他与工程师博多·冯·鲍里斯一起完善了他的电子显微镜发明，并于 1938 年至 1939 年投入批量生产。

在电子显微镜发明 55 年后，他与扫描隧道显微镜的发明者 Gerd 和 一起获得了 1986 年的诺贝尔物理学奖。 Ruska 已经 80 岁了。

用cryo-EM，所谓cryo-EM就是超低温下的电子显微镜。那么普通电子显微镜效果很好，那为什么要使用超低温电子显微镜呢？因为普通的电子显微镜只能看到静态的无机物，看不到活性的生物大分子！具体原因是因为电子的特性，我们就不展开了。

科学家们想出了一种冷冻方法。他们使用液态乙烷快速冷冻含有水的生物样品，从而可以制备出非常薄的水膜（生物大分子被冻结在这个水膜中）。冷冻后，电子显微镜可用于观察蛋白质等生物大分子的空间结构。

是瑞士生物物理学名誉教授。 1980年代初， 领导的一个研究小组成功开发了一种快速冷冻生物样品的方法，该方法可以使样品中的水呈现玻璃状而非冰晶，从而使生物样品可以在真空条件下储存。通过保持自然状态不变，科学家们不再担心生物样品的结构被破坏，这项技术为电子显微镜在生物学中的应用打开了大门。

Frank 是哥伦比亚大学生物化学、分子生物物理学和生物科学系教授，2007 年成为美国国家科学院院士。1975 年至 1986 年，他改进了电子显微镜的图像处理方法，使原本将模糊的二维电子显微镜图像转化为清晰的三维结构进行研究和分析。科学家可以更好地观察生物样本，二维走向3D是一个质的飞跃。

目前是剑桥大学 MRC 分子生物学实验室的主任。 1990年，他成功地获得了蛋白质在原子尺度上的三维结构，并提出了实现原子级分辨率冷冻电镜技术的可行性理论，使我们看到的生物尺度更小、更清晰。

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