导读
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日本电子（JEOL）进行整理介绍。
关键词：冷冻电镜、日本电子、CRYO ARM 300 (JEM-Z300FSC)、CRYO ARM 300 II (JEM-3300)、JEM-2100
日本电子（JEOL）是全球知名的电子显微镜制造商，提供多种型号的冷冻电镜产品，适用于不同的科研需求，其主要产品型号包括CRYO ARM 300 (JEM-Z300FSC)、CRYO ARM 300 (JEM-Z300FSC)和JEM-2100。
1、CRYO ARM 300 (JEM-Z300FSC)1
JEM-Z300FSC是JEOL推出的一款300kV冷冻电镜（如下图所示），配备了冷场发射电子枪、柱体内能量过滤器(Omega能量过滤器)、侧插式液氮冷却样品台和自动样品交换系统，它能够在冷冻低温下观察生物大分子，适合进行高分辨率的结构分析。样品交换系统内最多可以存储12个样品，可以任意取出和交换一个或数个样品，能灵活地进行测试排序。
图. CRYO ARM 300 (JEM-Z300FSC)
（1）产品特征：
自动标本交换系统：该系统由一个用于将样品冷却至液氮温度的样品台和一个用于将冷却样品自动转移到冷冻台的低温转移系统组成。液氮根据需要自动供应到液氮罐中，该自动化系统可存储多达 12 个样品，可交换任意一个或多个样品，而其余样品在样品台和样品交换系统之间保持冷却；
冷场发射枪 （Cold FEG）：FEG 产生高亮度电子束，能量扩散非常小，提供高相干性，因此可实现高分辨率、高对比度的成像；
柱内 Omega 能量过滤器：CRYO ARM™ 300 配备柱内 Omega 能量过滤器，可采集能量过滤图像和能量损失光谱，使用显微镜采集的零损失图像可提供高对比度和减少色差；
用于单颗粒分析的自动图像采集软件：CRYO ARM™ 300 集成了自动化软件，该软件允许自动检测样品网格上的孔，以高效采集单颗粒分析图像；
无孔相位板：这种独特的相位板适用于最初仅提供低对比度的生物样品中的高对比度；
自动调整功能：提供自动对焦、自动无彗形对准、自动平行光束照明和其他自动调整，从而在最佳条件下进行图像采集。
（2）使用流程
样品准备：首先需要将生物样品制备成适合电镜观察的状态，通常包括样品的固定、洗涤、脱水、冷冻等一系列步骤，以保证样品在低温下的结构不受破坏；
样品加载：将准备好的样品装载到特制的电镜样品网格上，并将其放置到CRYO ARM 300的自动样品交换系统中。该系统可以存储多达12个样品，并允许任意交换一个或多个样品；
样品冷却：使用侧入式液氮冷却台将样品冷却到液氮温度（约-196°C），以保持样品的冷冻状态；
显微镜设置：根据实验需求调整显微镜的参数，包括加速电压、电子束亮度、放大倍数、能量过滤器等；
数据采集：利用显微镜内置的自动化图像采集软件进行数据采集。软件可以自动检测样品网格上的孔洞，高效地获取单颗粒分析图像；
图像处理：采集到的图像需要通过专门的图像处理软件进行处理，如进行图像对齐、分类、三维重构等，以获得样品的高分辨率三维结构；
结果分析：对处理后的图像进行分析，揭示生物分子的结构信息；
样品存储：实验完成后，未使用的样品可以继续保存在自动样品交换系统中，以备后续实验使用。
2、CRYO ARM 300 II (JEM-3300)2
JEM-3300是JEOL最新一代的300kV冷冻电镜，具有高稳定性冷场枪、科勒照明模式、低慧差光路系统、镜筒内置的Omega能量过滤器和高真空样品存储仓。这些特点使得CRYO ARM 300 II在数据采集速度、操作便利性和通量方面都有显著提升，适合进行快速、高对比度和高分辨率的成像。
（1）产品特点3
快速采集：JEM-3300 CRYO ARM™ 300 ll 将光束偏移与精确的试样台移动相结合，实现了高速数据采集。该系统具有出色的光束控制能力，即使在光束偏移的情况下，也能最大限度地减少导致彗差的光束倾斜。因此，可以在不降低图像质量的情况下提高吞吐量，如下图所示；
零边缘系统：除了普通的光束照明外，CRYO ARM'™ 300 I| 还具有独特的 “科勒模式 ”照明，这种模式没有干涉条纹，消除了电子束对未用于成像区域的损害，使您能从更小的区域获得更多的图像，如下图所示；
高精度平台驱动：CRYO ARM'™ 300 ll 具有无旋转平台，这种平台的优势在于出色的位置重现性，即使在显微镜柱和样品存储之间来回移动样品，也能重复使用低倍图像，我们称之为 “全局图”。由于大大减少了暴露于电子束的时间，因此可以获得良好的样品条件，从而捕捉到高质量的数据，如下图所示。
JADAS 4：CRYO ARM™ 300 ll 配备了新版 “JADAS*”软件，使新用户能够采集数据，新版 JADAS 允许用户通过向导选择采集参数，自动采集图像数据。
无污染的样品储存和移除：在 CRYO ARM™ 300 lI 中，栅格可在数周或更长时间内保持清洁，此外，这些栅格还可以通过转移库从单个栅格更换，试样弹射时保持液氮温度和氮气环境。
新型冷场发射电子枪：CRYO ARM™ 300 Il 配备了新型冷场发射电子枪 (CFEG)，这种新型电子枪不仅能量散布小，而且探头电流稳定性更高、可以随时获得高质量的图像。
新型欧米茄过滤器：CRYO ARM™ 300 ll 配备了经过改进的新型柱内能量过滤器--欧米茄过滤器，该过滤器可自动调节，始终保持最佳性能和高度稳定性。
（2）应用场景
观察GroEL 结构：仅用 504 张显微照片就能获得1.98 Å 分辨率的 GroEL 结构，与之前研究中用 1,883 张显微照片获得的 3.1 Å 分辨率相比有了显著提高，如下图所示。
血红蛋白的观察：人体血红蛋白的冷冻电镜照片（左）、三维密度图（中）和拟合原子模型（右），这些数据是通过每小时 850 张电影的高速数据采集获得的，如下图所示。
Acaryochloris marina的光系统I三聚体的结构研究：从垂直于膜平面的基质侧（左侧）和膜平面侧（右侧）观察，如下图所示。
3、JEM-21004
JEM-2100是一款200kV多用途分析电子显微镜，如下图所示，适用于广泛的科学研究领域，从生物学到材料研究，它具有简单的操作性和出色的可扩展性，配备了优秀的LaB6电子枪，提供了合理的成本性能，JEM-2100还具有超高的TEM分辨率，能够进行原子级分辨率的观察。
图. JEM-2100示意图
资料来源：
[1] 资料来源：日本电子公司（JEOL）官网CRYO ARM™ 300 （JEM-Z300FSC） 场发射冷冻电子显微镜 |产品 |JEOL Ltd.
[2]资料来源：公司官网 CRYO ARM™ 300 II (JEM-3300)Field Emission Cryo-ElectronMicroscope | Products | JEOL Ltd.
[3]资料来源：产品手册JEM-3300 CRYO ARM(TM) 300 II Field Emission Cryo-Electron Microscope (jeol.com)
[4] JEM-2100Plus Electron Microscope (jeol.co.jp)
声明：以上根据公开资料整理。如有遗漏，欢迎留言补充。
作者：武瑾嵘
排版：壹 万
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