冷冻电镜是谁发明的？(冷冻电镜中国有几台)

说起冷冻电镜，可能很多人对这个词很陌生。2107年，诺贝尔化学奖授予了发明冷冻显微镜的三位科学家，分别是哥伦比亚大学教授JoachimFrank、苏格兰分子生物学家和生物物理学家Richard Henderson和洛桑大学生物物理学荣誉教授

什么是冷冻显微镜？

低温电子显微镜最初是一种电子显微镜。

而电子显微镜是电子显微镜的缩写。所谓电子显微镜是在光学显微镜的基础上发展起来的。

光学显微镜以可见光为探针观察微观物体，比如光学显微镜可以观察细胞。然而，对于细胞中的蛋白质分子，光学显微镜是看不到的。

为什么？

其实道理很简单。光学显微镜利用的是光子的波动，光子的波长在500纳米左右。蛋白质分子的大小在1-100nm之间，所以光子的波长比蛋白质分子的波长大，所以蛋白质分子上的光就像鸭子走"踩死"一只蚂蚁，这一定是"踩"活不下去。光波可以绕过蛋白质分子，所以你看不到蛋白质。

For "踩"要活一只蚂蚁，必须有一根比蚂蚁小的针，插在蚂蚁的背上。这就是电子显微镜的起源。

电子的波长大约是光子波长的1/100，000。这是一个非常细的探针。理论上，当它撞击到蛋白质这样的生物大分子时，可以被反射，这些反射的电子可以产生一张照片。这是电子显微镜的基本原理。

但是，电子显微镜理论上只能看到蛋白质分子。

因为电子显微镜只能用来观察一些无机样品，比如它可以看石墨和陶瓷的表面。但是一旦让电子显微镜的电子去轰击蛋白质分子等生物大分子，问题就出来了。

第一个问题是真空问题，电子显微镜中的电子只有在真空中飞行才能保持稳定的动能。而蛋白质等生物大分子通常在溶液中，在real 空环境中，溶液会挥发污染电镜。

第二个问题是，一个电子打在蛋白质这样的生物大分子上，很容易使蛋白质断裂，因为电子的能量比较高，生物大分子一般是靠氢键形成它的空结构，而氢键的能量很低，所以电子打在上面之后，氢键就中断了。

第三个问题就更严重了，因为蛋白质分子等生物大分子是活动的，它们是运动的，电子撞击和反射回来的方向会因为分子的运动而变得混乱。就像用普通傻瓜相机拍汽车比赛，拍出来的照片都是虚拟的——原因很简单:车在运动。

基于以上三个原因，传统的电子显微镜看不到有活性蛋白质分子的生物大分子。

为了解决这一难题，冷冻电镜应运而生。

怎么冻？

为了观察蛋白质等生物大分子的空结构，研究空结构与生物大分子功能的关系，科学家需要将蛋白质分子固定在真实的空环境中。

在这种指导思想下，科学家们想到了冷冻的方法。

他们用液态乙烷快速冷冻含水的生物样品，这样就可以制备一层非常薄的水膜(生物大分子就被冷冻在这种水膜中)。冷冻后，可以用电子显微镜观察到蛋白质等生物大分子的空结构。

上面主要讨论了低温显微镜的硬件原理。当然，为了分析拍摄的许多二维照片与生物大分子的三维空结构之间的关系，需要一个好的计算机软件算法。

冷冻电子显微镜主要促进了结构生物学的蓬勃发展。所以，这一次诺贝尔化学奖成了名副其实的"科学综合奖"因为是颁给物理学家的，所以用在了生物研究领域。