单颗粒透射电子显微重构在纳米颗粒结构分析中的应用OA

冷冻电子断层(Cryo-ET)成像能够原位解析结构异质性的柔性生物大分子的天然结构。然而,传统断层成像存在大尺寸图像偏移、倾斜误差等问题,易导致重构失真。单颗粒电子断层扫描(IPET)重构方法通过对单个独立颗粒的局域区域逐次迭代对齐,可以显著提升重构的精度与可靠性。针对传统电子显微表征难以准确揭示柔性、结构异质性纳米材料三维构型的问题,本文将Cryo-ET和IPET方法应用于纳米材料的结构分析,可实现纳米材料原位、自然状况下的三维表征,全面获取其形貌、内部通道、界面作用等关键信息。例如:金纳米笼的微观结构清晰表征了其壳层结构特征,明确了壳层上通道路径的分布规律;石墨烯插入磷脂囊泡的复合体结构直观验证了石墨烯的穿膜特性,展示了两者的结合位点;对纳米纤维的结构表征解析了其多级螺旋结构,揭示出其自组装的机制。研究表明,Cryo-ET和IPET方法在柔性纳米材料的三维结构表征中具有独特优势,可为纳米材料结构-性能关系研究及相关功能设计提供新的表征手段。凭借原位、高分辨、适配结构异质体系等优势,该方法在结构生物学与纳米材料科学中具有广阔应用前景,可为疾病机制阐释、新药研发及纳米材料设计等提供重要技术支撑。