冷冻电镜
通过急速冷冻观察富含液体样品的电子显微镜
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冷冻电镜（Cryogenic-electron microscopy，Cryo-EM）是一种运用超低温冷冻技术，在透射电子显微镜下观察样品的显微技术。这项技术使得科学家能够在分子层面研究生物大分子的结构，从而深入理解其功能和相互作用。[5][6]
1931年，德国物理学家马克斯·诺尔（Max Knoll）和他的学生恩斯特·鲁斯卡（Ernst Ruska）发明了第一台透射电子显微镜，并于1933年首次突破了光学显微镜的极限。[7][8]1974年，加州大学伯克利分校的Robert Glaeser和他学生Ken Taylor 首次提出冷冻电镜。[4]1982年，雅克•迪波什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。1984年，雅克•迪波什首次发布不同病毒的结构图像。1990年，理查德•亨德森成功利用电子显微镜在原子分辨率上生成了蛋白质的三维图像。[4][9]2013年之后，冷冻电镜分辨率提高到接近原子水平。[7]2016年报道了冷冻电镜得到的谷氨酸脱氢酶的3D结构（334 kDa），分辨率甚至达到1.8Å。[7]清华大学隋森芳教授的光和反应实验中，有一个捕获光能的蛋白质复合体的重要结构被解析出来。2019年，中国科学家利用冷冻电镜技术解析到世界上分辨率最高的猪瘟病毒结构。[10]
冷冻电镜的基本原理是对冷冻并固定在玻璃冰中的生物大分子进行成像，从而获得蛋白质分子在各个方向上的投影。然后使用计算机处理和计算大量的2D（二维）图像，并重建生物大分子的3D（三维）结构。[7]对于生物样品，通过嵌入在无定形冰环境中来保持结构完整。将含水样品溶液涂抹在网格上，并在液态乙烷或液态乙烷和丙烷的混合物中快速冷冻。[3][11][12]
冷冻电镜技术在生物学、材料科学等多个领域已经成为重要的研究工具。它通过超低温冷冻和低剂量成像技术，有效地克服了传统电子显微镜在观察生物大分子和其他辐射敏感材料时的局限性。[3]2015年，《自然》旗下子刊Nature Methods将冷冻电镜技术评为年度最受关注的技术。2017年度的诺贝尔化学奖授予雅克·迪波什（Jacques Dubochet）、约阿基姆·弗兰克（Joachim Frank）和理查德·亨德森（Richard Henderson），表彰他们在开发用于溶液中生物分子高分辨率结构测定的冷冻电镜技术。[4]