中国蛋白质3D高清照片仰赖进口透金碧棋牌游戏射式电镜核心技术待攻克

是什么卡了我们的脖子——

我们的蛋白质3D高清照片仰赖舶来的透射式电镜

亟待攻克的核心技术

本报记者张佳星

5月29日,清华大学生命科学院博士生张森森的蛋白样品9时准时在液氮环境下进入冷冻电镜。几天后,埃级精度的蛋白质高清3D金碧棋牌彩照将出炉。研究人员可以直视单个蛋白质的分子结构,并解出生命运转机理。

这期间,冷冻电镜中的电子枪将持续发射电子,每次看一个小单元。为了解释这个小单元,张森森为科技日报记者示意了一个镊子尖大小的小金片,金片上约有200个左右的均匀小孔,每个小孔中再分150个小孔,电子束一次只‘看’其中一个小孔。金片类似蛋白质的载玻片,与光学显微镜不同的是,载玻片透光,小金片要透电子,容许电子束透过样品时受到散射。散射信号被捕捉记录下来,计算后可呈现分子结构。

透射式电镜的生产能力是冷冻电镜制造能力的基础之一。国内没有一家企业生产透射式电镜。赛默飞公司技术支持陈宝庆说得不假思索,他毕业于北京大学地球物理专业,对行业非常了解,他介绍,之前还有几个企业制造,比如原江南光学仪器厂现在就不造了。

能做到单电子束控制的灯丝,只有进口

理论上说,只要施加足够强的电场,电子就会从材料中‘游’出来。陈宝庆说。但游的状态与可以使用的电子状态相距甚远。

什么样的电子才能为蛋白质拍摄高清3D彩照呢?东南大学材料科学与工程学院万克树教授描述了理想的状态:速度完全一样的电子,从源头的一个点上、非常多地发射出来。

这些要求是相互矛盾的。万克树解释,电子从材料表面溢出,要发射电子多,面积就要大,但是面积大了就难以满足一致性要求。

如果把电子枪想象成一把枪,它必须以狙击的精度完成机枪的扫射,子弹的角度、速度完全一致。

电子的能量要做到高度一致,虽还达不到激光的程度,但也必须是很窄的分布。陈宝庆解释,电子子弹一致性是提高图像分辨率的前提。

为此,电子枪的核心构造其实是一根极细的陀螺针,形似陀螺,尖端却比针还细。电子从尖端出发,在真空的环境下,前去与大分子相撞,进而反映出分子构象。

之前的技术路线是通过加热让电子枪发射电子,发射源用钨丝或六硼化镧,需要2500℃左右,高温促使电子发射,但也使电子异常活跃、难以控制,因此热发射电子枪的电镜精度低。万克树说。

场发射是通过高压电场,把电子从‘灯丝’里拉出来,室温下可完成。万克树说,所用灯丝国内没有生产,全部依赖进口,每根上万美元左右。

他提到的常温场发射枪是将氧化锆沉积在单晶钨的晶体的特定面上。FEI公司后来在电子枪生产上又有了新的突破,将热和场结合起来,稳定性进一步提升。在清华大学冷冻电镜实验室的仪器介绍中可以看到,一台2013年购买、2015年到货的最新型号电镜在电子枪一栏标明X-FEG,有中文翻译为超稳定高亮度电子枪。所用灯丝在材质上与之前的一致,工艺不同能够使亮度更强。陈宝庆介绍。

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