这项新技术历经顶尖显微学科学家超过 15 年的理论与实验研究方告成功。

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美国研究人员打造出一项能提升电子显微镜性能的技术。伯克利实验室和加州大学伯克利分校的物理学家开发的新方法，可提供微小分子和细胞结构的详细图像，这对于理解生物学和疾病至关重要。

他们将相衬技术应用于冷冻电子显微镜（cryo-EM），该显微镜的放大倍数约为光学显微镜的 1 万倍。其基于激光的相位板能生成当今最先进的冷冻电镜系统也难以捕捉的分子的清晰图像。

研究团队透露，这项新技术是顶尖显微学科学家超过 15 年理论与实验工作的成果，离不开与专业机械师的合作以及 Biohub 的支持。

捕获的分子的原子模型更加精确

该相位板与一台新的定制赛默飞世尔科技显微镜搭配使用，这台显微镜的开发旨在最大限度发挥相位板超亮激光的优势。根据新闻稿，该系统拍摄的图像明显更清晰、更锐利，包含更多细节，结构解析软件可处理这些细节，从而生成捕获分子的更精确的原子模型。

“Theia 堪称显微镜中的 F1 赛车。即使没有激光，它的分辨率也优于标准冷冻电镜。加上激光相位板后，我们希望它真的能成为世界上最好的仪器之一。”加州大学伯克利分校物理学教授、伯克利实验室生物科学领域教职科学家霍尔格·穆勒表示，他领导了这项研发工作。

“以前，用冷冻电镜研究结构就像在黑暗的画廊里看画。有了 Theia，灯光仿佛第一次被打开了。”

研究团队还通过成像醛缩酶和血红蛋白，展示了该系统的能力。醛缩酶是肌肉中的一种蛋白质，用当今的冷冻电镜设备相对容易捕获；而血红蛋白是在血液中运输氧气的蛋白质，分子较小，处于现有仪器检测的尺寸下限，常被用作衡量冷冻电镜性能的基准。激光相位板在这两种情况下都提升了蛋白质结构的分辨率，但血红蛋白的提升更为显著。

“我们的样本范围很广，从制备极佳、挑战不大的较大颗粒，到制备困难的小颗粒。当然，样品越好，拥有一台顶级显微镜的重要性就越低。正是在最具挑战性的样本上，我们看到了最大的改进。”穆勒说。

团队将把显微镜应用拓展到单颗粒分析之外

该系统目前安装在加州大学伯克利分校，团队正致力于将其应用从单颗粒分析扩展到一种更新的技术，即冷冻电子断层扫描（cryo-ET）。

正如医院的 CT（计算机断层扫描）能生成身体部位图像一样，冷冻电子断层扫描将分子或细胞结构的不同角度视图组合成三维图像。根据新闻稿，冷冻电子断层扫描将使科学家研究细胞过程的能力实现巨大飞跃，因为它能捕获细胞内处于天然状态的分子（与单颗粒冷冻电镜不同），并且分辨率远高于光学显微镜。

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