任罡：电子显微镜技巧的新冲破

该论文具体描写了IPET的流程细节和重构算法具体步调，陈说了可以冲破电子断层成像办法重构的分辩率极限理论证据，并剖析了各类试验误差影响和商量了传统算法的局限性及其对三维重构分辩率的影响，从而证实了传统所以为的“单个卵白分子旌旗灯号不足以重构有构造意义的三维空间密度图”这一不雅点的单方面性。为了证实该办法对真实试验图像处置的适用性，任罡和张磊博士在试验中对两种卵白质的四个零丁的个别分子进行了迄今为止更高分辩率的三维构造测定。该研讨结果被多名专家评价为具有开辟性的办法论，而论文的揭橥对卵白个别分子的三维构造测定和卵白质动态构造的研讨具有里程碑式的意义。

任罡博士自1990年开端师从我国知名的理论物理学家段一士传授于兰州 学物理系攻读硕士学位，自1993年师从我国知名的高分辩电子显微学开创人、准晶体的自力发明人之一的郭可托院士于北京科技 学资料物理系攻读博士学位。攻读博士学位时代，任罡博士同时追随从英国剑桥 学留学归国的彭练矛传授（北 传授、国际电子晶体学学会会长）从事博士论文及相干的科研工作。此时代的进修和获得的培训使任罡博士具备了坚实的高分辩电子显微学理论基本和试验技能。1997年任罡博士赴美，在美国加州圣地亚哥Scripps研讨所细胞生物学系的AlokMitra研讨小组从事AQP1水通道膜卵白的电子晶体学博士后研讨；在2001岁首年月测定了该水通道膜卵白的原子构造，该项研讨对2003年获诺贝尔化学奖的研讨工作赐与了有力支撑，引起惊动，并被科学时报等消息媒体普遍报道。

2006年任罡博士在美国加州 学旧金山分校成立了本身的自力研讨小组，主攻人体脂卵白构造的冷冻电子显微镜研讨。在此时代，他曾应用单颗粒平均办法获取了低密度脂卵白的三维构造，该结果引起了业内普遍存眷，相干的论文被揭橥于2010年的PNAS期刊。自2008岁尾张磊博士的参加开端，任罡博士科研小组将研讨偏向转向了单个卵白质个别分子的三维重构办法论，力争霸占高动态性卵白的构造研讨瓶颈。任罡和张磊博士凭借精彩的电子显微镜操作技巧、坚实的物理学配景、娴熟的数学技能和盘算机编程才能，以及夜以继日的勤恳工作，使研讨取得了冲破性的进展。不仅初次从试验中获得了分子量极低（小于200kDa）、尺寸极小（小于20nm）的人体高密度脂卵白的冷冻电镜电子断层像；并且应用自立开辟的盘算机算法，极 地下降了图像的噪声程度，在人类对卵白质研讨汗青上，初次获得了单个分子的高分辩的三维重构图。

与光波波长比拟，电子的波长更短，使得应用电子成像的透射电子显微镜可以不雅察到原子程度的物资细节。任罡博士科研小组重要应用冷冻电镜技巧，在零下180度阁下的低温下制备并检测样品。在此温度下，液态样品会被快速冷冻到非晶态冰状况，样品最终被固定在直径约3毫米的金属网上非晶碳膜的孔洞中，然后被快速放置于电镜真空腔内。断层扫描像是经由过程倾转（如从+70°到-70°，以1°距离倾转）取得全部样品。因为卵白质的尺寸极小，为了包管成像区域在全部进程中不会偏离，电镜的各类参数必需进行准确的调制。“这就比如将要迁移转变的样品载体放 到全部地球一样的 小，你要跟踪不雅察的卵白的尺寸就如地球上的一个戒指 小，而拍照的进程就像在操作全部地球的迁移转变，必需包管地球上的这个戒指 小的物体始终坚持在不雅察视野的中间。”任罡博士如是说。在成像进程中，机械的震撼、情况的噪音、温度的变更，甚至包含冷冻槽中保持低温用的液氮中的气泡的震撼，都要被最 限度地下降，将其引起的机械误差掌握在一个微米的规模内才有可能获得一套完全的数据。

液氮低温不仅可以使卵白样品被固定在非晶态冰中坚持其在天然中的构造状况，还可以使样品在低电子辐照下更好地成像，从而包管卵白在 约1-2个小时的倾转成像进程中无缺无损。

此动画显示了抗体#1的三个分子团体若何动态地变更到抗体#2的状况。