1、为什么冷冻电镜 去年突然火了？是有什么技术突破吗
冷冻电镜，是用于扫描电镜的超低温冷冻制样及传输技术(Cryo-SEM)，可实现直接观察液体回、半液体及答对电子束敏感的样品，如生物、高分子材料等。样品经过超低温冷冻、断裂、镀膜制样（喷金/喷碳）等处理后，通过冷冻传输系统放入电镜内的冷台（温度可至-185℃）即可进行观察。其中，快速冷冻技术可使水在低温状态下呈玻璃态，减少冰晶的产生，从而不影响样品本身结构，冷冻传输系统保证在低温状态下对样品进行电镜观察。
过去，冷冻电镜虽然有以上优势，不过高能电子束打在样品上也会使其局部融化，影响拍摄。近期，随着高效探测器的研发成功和在电镜方面成功应用，提高了拍摄效率，电子束打在样品上，极短时间内就完成信号收集，完成拍摄，解决了冷冻电镜的发展瓶颈问题
2、冷冻电镜是什么？为什么能够斩获今年诺贝尔化学奖
在低温下使用透射电子显微镜观察样品的显微技术，就叫做冷冻电子显微镜技术，简称冷冻电镜（cryo-electron microscopy， cryo-EM）。
冷冻电镜是重要的结构生物学研究方法，它与另外两种技术：X射线晶体学（X-ray crystallography）和核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）一起构成了高分辨率结构生物学研究的基础，在获得生物大分子的结构并揭示其功能方面极为重要。
冷冻电镜并不是这两年才建立的。在蛋白质X射线晶体学诞生大约10多年以后的1968年， 作为里程碑式的电镜三维重构方法，同样在剑桥MRC分子生物学实验室诞生，Aron Klug教授因此获得了1982年的诺贝尔化学奖。另一些突破性的技术在上世纪70年代和80年代中叶诞生，主要是冷冻成像和蛋白快速冷冻技术。
快速冷冻可以使蛋白质和所在的水溶液环境迅速从溶液态转变为玻璃态，玻璃态能使蛋白质结构保持其天然结构状态，如果以缓慢温和的方式冷冻，这个过程会形成晶体冰，生物分子的结构将被晶格力彻底损坏。
低剂量冷冻成像能够保存样品的高分辨率结构信息，确保了从电镜图形中解析蛋白质结构的可能性。与此同时，2017诺贝尔化学奖得主Joachim Frank等，则在电镜图像处理算法方面奠定和发展了这项技术的理论基础。由此冷冻电镜的雏形基本建立，总的思路为：样品冷冻（保持蛋白溶液态结构）——冷冻成像（获取二维投影图像）——三维重构（从二维图像通过计算得到三维密度图）。
根据诺贝尔奖评委会的说法，这项技术使生物分子成像变得更加简单，将生物化学带入了一个新纪元。
3、冷冻电镜是什么？为什么能够斩获今年诺贝尔化学奖
在低温下使用透射电子显微镜观察样品的显微技术，就叫做冷冻电子显微镜技术，简称冷冻电镜（cryo-electron microscopy， cryo-EM）。
冷冻电镜是重要的结构生物学研究方法，它与另外两种技术：X射线晶体学（X-ray crystallography）和核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）一起构成了高分辨率结构生物学研究的基础，在获得生物大分子的结构并揭示其功能方面极为重要。
冷冻电镜并不是这两年才建立的。在蛋白质X射线晶体学诞生大约10多年以后的1968年， 作为里程碑式的电镜三维重构方法，同样在剑桥MRC分子生物学实验室诞生，Aron Klug教授因此获得了1982年的诺贝尔化学奖。另一些突破性的技术在上世纪70年代和80年代中叶诞生，主要是冷冻成像和蛋白快速冷冻技术。
快速冷冻可以使蛋白质和所在的水溶液环境迅速从溶液态转变为玻璃态，玻璃态能使蛋白质结构保持其天然结构状态，如果以缓慢温和的方式冷冻，这个过程会形成晶体冰，生物分子的结构将被晶格力彻底损坏。
低剂量冷冻成像能够保存样品的高分辨率结构信息，确保了从电镜图形中解析蛋白质结构的可能性。与此同时，2017诺贝尔化学奖得主Joachim Frank等，则在电镜图像处理算法方面奠定和发展了这项技术的理论基础。由此冷冻电镜的雏形基本建立，总的思路为：样品冷冻（保持蛋白溶液态结构）——冷冻成像（获取二维投影图像）——三维重构（从二维图像通过计算得到三维密度图）。
根据诺贝尔奖评委会的说法，这项技术使生物分子成像变得更加简单，将生物化学带入了一个新纪元。
4、涨知识丨冷冻电镜是什么？为什么能够斩获今年诺贝尔化学奖
冷冻电镜，是用于扫描电镜的超低温冷冻制样及传输技术(Cryo-SEM)，可实现直接观察液体、半液体及对电子束敏感的样品，如生物、高分子材料等。
冷冻电镜技术为何摘得2017年的诺贝尔化学奖
撰文 | 何万中（北京生命科学研究所研究员）
2013年，冷冻电镜技术的突破给结构生物学领域带来了一场完美的风暴，迅速席卷了结构生物学领域，传统X射线、传统晶体学长期无法解决的许多重要大型复合体及膜蛋白的原子分辨率结构，一个个被迅速解决，纷纷强势占领顶级期刊和各大媒体版面，比如程亦凡博士、施一公博士、杨茂君博士、柳正峰博士所解析的原子分辨率重要复合体结构，震惊世界。
这场冷冻电镜革命的特点是：不需要结晶且需要样品量极少，即可迅速解析大型蛋白复合体原子分辨率三维结构。这场电子显微学分辨率革命的突破有两个关键技术：直接电子相机（其中算法方面程亦凡博士和李雪明博士有重要贡献）和三维重构软件。
引领这些技术突破的背后离不开三位冷冻电镜领域的开拓者：理查德·亨德森（Richard Henderson）、约阿希姆·弗兰克（Joachim Frank）和 Jacques Dubochet分别在基本理论、重构算法和实验方面的早期重要贡献。
我本人与这三位科学家都有曾过面对面的交流，也是读他们的文章进入这个领域的，下面简要谈谈他们的贡献。
电子显微镜于1931年发明，但在生物学领域的应用滞后于材料科学，原因在于生物样品含水分才会稳定，而电子显微镜必须在高真空下才能工作，因此如何制作高分辨率生物电镜样品是个技术瓶颈。传统的重金属负染技术，可以让重金属包被蛋白表面，然后脱水干燥制作适合真空成像的样品，但这会导致样品分辨率降低（至多保存1.5纳米）。
1968年，英国剑桥大学MRC实验室的Klug博士和他的学生DeRosier开创了基于负染的噬菌体病毒的电镜三维重构技术（Klug 博士获1982年诺贝尔化学奖）。但如何保持生物样品原子分辨率结构又适合电镜成像呢？加州大学伯克利分校的Robert Glaeser博士和他学生Ken Taylor 于1974年首次提出并测试了冷冻含水生物样品的电镜成像，可以有效降低辐照损伤对高分辨率结构破坏和维持高真空，实现高分辨率成像的新思路，这就是冷冻电镜（CryoEM）的雏形。
1982年，Dubochet 博士领导的小组开发出真正成熟可用的快速投入冷冻制样技术制作不形成冰晶体的玻璃态冰包埋样品，随着冷台技术的开发，冷冻电镜技术正式推广开来。
在Klug博士提出的三维重构技术基础上，MRC实验室的Richard Henderson博士（物理学及X射线晶体学背景）跟同事Unwin 博士1975年开创了二维电子晶体学三维重构技术，随后应用该技术技术解析了第一个膜蛋白细菌视觉紫红质蛋白的三维结构，1990达到3.5埃，这是一个非常了不起的工作，但是第一个类似的膜蛋白结构的诺贝尔奖还是被X射线晶体学家米歇尔于1988年夺走了。二维晶体最大问题在于很难长出二维晶体，因而应用范围很窄，且容易被X射线晶体学家抢了饭碗（本人刚入行第一个薄三维晶体项目就被抢了）。
上世纪90年代，Henderson博士转向了刚兴起的另一项CryoEM三维重构技术，即Joachim Frank 博士发展的单颗粒分析重构技术，无需结晶就可以对一系列蛋白或复合体颗粒直接成像，对位平均分类，然后三维重构。Henderson 博士凭借他深厚的物理学及电子显微学功底，以及非凡的洞察力，提出实现原子分辨率CryoEM技术的可行性，在理论上做了一系列超前的预见，比如电子束引起的样品漂移必须解决才能实现原子分辨率，为后期直接电子相机的突破指明了方向，他本人也投身于直接电子相机的开发。
因此，在这场电镜分辨率的革命中，Henderson博士是个不折不扣的发起者。另外，三维重构新算法的突破也有Henderson 博士的独具慧眼有关，Sjors Scheres博士在没有很强论文情况下被他看中招募到MRC后因为开发经典的Relion 三维重构算法大放异彩。
最后，我们再介绍一下发展冷冻电镜单颗粒三维重构技术的Joachim Frank博士，他也是物理学背景。Frank 博士是单颗粒分析鼻祖，单颗粒三维重构算法及软件Spider的作者。
Frank 师从德国著名的电子显微学家Hoppe博士，Hoppe学派主张对任意形状样品直接三维重构，后来的电子断层三维重构及cryoEM三维重构技术都与他的早期思想有关。Frank博士提出基于各个分散的全同颗粒（蛋白）的二维投影照片，经过分类对位平均，然后三维重构获得蛋白的三维结构，发展了一系列算法并编写软件（SPIDER）实现无需结晶的蛋白质三维结构解析技术。尤其在核糖体三维重构方面有一系列的重要开创性工作，可惜当年核糖体结构诺贝尔奖没有给他。现在给他在cryoEM单颗粒三维重构的一个诺贝尔奖，实至名归。
5、“冷冻电镜技术”是什么？竟让研究它的物理学家，摘得诺贝尔化学奖
冷冻电镜用于扫描电镜超低温冷冻制及传输技术(Cryo-SEM)实现直接观察液体、半液体及电束敏品物、高材料等品经超低温冷冻、断裂、镀膜制（喷金/喷碳）等处理通冷冻传输系统放入电镜内冷台
6、为什么冷冻电镜 Cryo
冷冻电镜，是用于扫描电镜的超低温冷冻制样及传输技术(Cryo-SEM)，可实现直接观察液体、半液体及对电子束敏感的样品，如生物、高分子材料等。样品经过超低温冷冻、断裂、镀膜制样（喷金/喷碳）等处理后，通过冷冻传输系统放入电镜内的冷台（温度可至-185℃）即可进行观察。其中，快速冷冻技术可使水在低温状态下呈玻璃态，减少冰晶的产生，从而不影响样品本身结构，冷冻传输系统保证在低温状态下对样品进行电镜观察。[1]