导读：和义广业【行业研究】之冷冻电镜行业研究报告，本文围绕冷冻电镜的技术原理、相关类型、使用流程、优势及技术难点、应用场景和代表厂商进行了详细介绍，并将冷冻电镜与透射电镜、扫描电镜进行了简单比较，方便快速理解不同电镜之间的异同。
本篇主要对冷冻电镜的代表厂商赛默飞进行整理介绍。
关键词：冷冻电镜、Krios G4 Cryo-TEM、Glacios 2 Cryo-TEM、Tundra Cryo-TEM
赛默飞世尔科技（Thermo Fisher Scientific）是科学服务领域的全球领导者，提供包括分析仪器、实验室设备、试剂、耗材和软件在内的全面产品和服务，公司是冷冻电镜（Cryo-EM）市场的领先企业之一，其冷冻电镜产品涉及Krios系列（包括Krios G4冷冻透射电子显微镜cryo-TEM，适用于标准尺寸的实验室，提供突破性的结构更改和停机时间限制，以及高性能的冷冻电镜解决方案）、Glacios 2 Cryo-TEM（200 kV冷冻透射电镜，具有可变的加速电压、自动加载器和较小的占地面积）、Tundra Cryo-TEM（这是一款设计紧凑、价格可承受的冷冻电镜，采用人工智能和引导式自动化技术，简化了电镜的使用，适合各种经验水平的研究人员），产品详细情况如下。1、Krios G4 Cryo-TEM
Krios G4 冷冻透射电子显微镜是一款 300 kV 冷冻透射电子显微镜，如下图所示【产品视频详见链接1】，可以实现蛋白质和分子机器在原子水平上的三维可视化、它们的定位以及生物细胞结构内的动力学，如下图所示。图. Krios G4 Cryo-TEM冷冻电镜2
图. 成熟寨卡病毒 3.1 Å 分辨率的单颗粒低温电子显微镜结构
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图. 来自完整灭活病毒的 HIV-1 包膜的冷冻电子断层扫描结构。（绿色和红色的 CA 蛋白结构构成了病毒基因组的锥形）4（1）观察GABAA膜蛋白
GABAA 是一种 200 kDa 的人类膜蛋白，具有一系列临床相关药物（如全身麻醉剂和神经活性类固醇）的主要靶点。利用 Thermo Scientific M Selectris TM X 成像滤光片，可以观察 1.7 Å的蛋白质结构。这对于基于结构的药物设计来说，可以显示药物如何置换水分子，从而可能产生更安全、更有效的药物，如视频所示。（2）观察莱茵衣藻的高尔基体
高尔基体是位于细胞核附近的一个细胞器，是细胞的主要分拣中心，在高尔基体内，蛋白质被修饰、分类和包装。将绿藻衣藻的高尔基体没有任何人工染色或固定剂速冻处理后，通过低温 FIB 研磨减薄，并使用冷冻电子断层扫描重建其高尔基体，实现莱茵衣藻高尔基体的 3D 可视化，这是低温电子断层扫描技术首次实现了对原生原位跨高尔基体网络的成像，而这种成像以前只能在体外进行，如视频所示。（3）观察小鼠Apoterritin蛋白
Apoterritin是一种用于鉴定冷冻电镜性能的铁储存蛋白。利用 Thermo Scientific ™ Selectris M X首次以 1.2 Å分辨率将其结构展示出来。通过原子分辨率低温电子显微镜可以显示蛋白质和周围水分子中的氢键网络，这些结构可能会进一步加深我们对酶如何工作的理解，从而帮助我们找到能够阻断酶活性的药物，如视频所示。（4）其他
此外冷冻电镜还可以用于其他结构的观察，如人类呼吸道合胞病毒F变体、Janus 激酶（JAK）二聚体、SARS-CoV-2 刺突蛋白、海马神经元的兴奋性突触等，如下图所示。![]()
图. 人类呼吸道合胞病毒 F 变体
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图. 海马神经元的兴奋性突触
产品特点/优势：
改进的人体工程学；
可更轻松放进新建或现有的实验室；
极大提高生产率和自动化水平；
2、Glacios 2 Cryo-TEM5
Glacios 2 Cryo-TEM（冷冻透射电子显微镜）是一款200 kV的显微镜，允许用户从广泛的生物目标中轻松收集近原子级的数据。与前一代相比，Glacios 2 Cryo-TEM提供了更高的通量，并且使得冷冻电镜（cryo-EM）更加易于使用。它集成了Thermo Scientific Falcon 4i直接电子探测器、Thermo Scientific EPU软件和新的全封闭外壳，这些组合在一起增强了图像质量，自动化了数据采集，并简化了工作流程。Glacios 2 Cryo-TEM非常适合单颗粒分析、冷冻电子断层扫描（cryo-ET）和微电子衍射（MicroED）应用。高分辨率结构测定：提供近原子分辨率，信息极限为2.1 Å；
自动化提高易用性：Smart EPU软件简化了设置和处理过程；
最大通量：EPU软件包用于自动筛选和采集大数据集；
工作流程连通性：可以无缝集成到单颗粒分析、MicroED和cryo-ET工作流程中；
- 占地面积小：与其他带有自动样品加载系统的200kV显微镜相比，Glacios 2 Cryo-TEM的硬件结构设计更为紧凑。
Glacios 2 Cryo-TEM冷冻电镜除了可用于Apoferritin （450 kDa）蛋白、GABAA （210 千倍铉）（Krios G4 Cryo-TEM冷冻电镜也可以观察）的观察外，还可以用于药物的发现。Glacios 2 Cryo-TEM可以准确、快速地以高分辨率可视化药物与大量样品的受体之间的相互作用，用于对基于结构的药物发现和设计；还可以作为高分辨率数据采集的独立工具，例如 2.3 Å 的 CAK，可以用作强大的筛选系统，以增强后续的 300 kV 分析。Glacios 2 冷冻透射电镜用于以每小时 ~1 个结构的速度测定二十多个 3.5-4.5 Å 激酶结构。这种方法大大提高了通量和生产率，优化了在更高分辨率 Thermo Scientific Krios Cryo TEM 上花费的时间，并确保仅针对最理想的样品收集最高质量的数据。这种方法有助于将冷冻电镜应用于基于结构的迭代药物设计，这对于应对一系列全球健康挑战变得越来越必要，通过使用 Glacios 2冷冻透射电镜和 Krios G4 冷冻透射电镜评估 CDK 靶向化合物的工作流程如下图所示。![]()
图. 使用 Glacios 2冷冻透射电镜和 Krios G4 冷冻透射电镜评估 CDK 靶向化合物的工作流程3、Tundra Cryo-TEM
Thermo Scientific Tundra Cryo-TEM 是一款专为生命科学研究设计的冷冻透射电子显微镜（Cryo-TEM），它提供了一种经济实惠的解决方案，使得更多的实验室能够进行冷冻电镜（cryo-EM）实验。Tundra Cryo-TEM 的设计考虑了用户体验，简化了数据收集和样品的快速加载/卸载，使得即使是非电镜专家也能快速上手操作。4、小结
赛默飞的冷冻电镜在占据国内冷冻电镜市场的半壁江山，特别是300kV Krios G4和200kV Glacios这两款型号的产品在高校和科研院所中有着较高的中标率，这些产品主要用于生命科学研究和材料科学研究。2022年，国内中标的冷冻电镜数量为17套，赛默飞几乎包揽了所有订单，总中标金额超过7亿元人民币，究其原因主要是因为：①其产品能够高分辨率成像，赛默飞的冷冻电镜技术能够实现近原子级的分辨率，这对于揭示生物分子的精细结构至关重要；②产品具有自动化和易用性，赛默飞的冷冻电镜系统配备了先进的自动化功能，简化了样品处理和数据收集过程，使得即使是非专业人士也能轻松操作；③产品对样品的保持技术，赛默飞的冷冻电镜能够在样品室内维持低温，如Krios冷冻电镜中的样品可维持72小时低温，Glacios冷冻电镜或Tundra冷冻电镜中的样品可维持24小时低温，这有助于保护样品的近生理状态；④产品具有多功能性，赛默飞的冷冻电镜系统不仅适用于单颗粒分析，还可用于冷冻电子断层扫描（cryo-ET）和微电子衍射（MicroED），提供了多模态成像实验的能力；⑤产品具有稳定性和可重复性，赛默飞的冷冻电镜系统设计注重稳定性和重复性，确保了实验结果的可靠性；⑥产品能够全面的服务和支持，赛默飞提供全面的服务和支持，包括现场服务专家、技术支持部门和认证备件，确保用户能够最大化地利用设备；⑦产品能够适应不同研究需求，赛默飞的冷冻电镜系统设计灵活，可以根据研究需求进行升级和扩展，无论是基础研究还是高级应用。[1]https://www.thermofisher.cn/cn/zh/home/electron-microscopy/products/transmission-electron-microscopes/krios-cryo-tem/features.html
[2]图片来源：公司官网
[3]资料来源：产品手册
[4]资料来源：产品手册
[5]资料来源：赛默飞官网、产品手册
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