曾帮施一公团队获诺奖级成果，冷冻电镜是何方神器？(2)

　　接下来，就需要对显微镜观察后产生的图像进行处理和储存。这里就要用到数据采集和储存系统，这是一个高性能计算机，能对图像数据进行处理。施一公是如何利用这些图像构建剪接体的三维结构的？

　　举例来说，一个苹果，它本身是三维的，我们拿二维照相机多方位、多角度地拍很多张照片，就能重构出苹果的三维模型。施一公介绍，其实冷冻电镜就相当于一个照相机，当选好的冷冻样品被送到冷冻电镜时，会生成很多图像，这些图像组合起来便可以构建一个三维结构。当数据收集系统收集到大量剪接体的图像后，就可以重构一个剪接体的三维结构。

　　数据采集和储存系统

　　数据采集和储存系统

　　在这次科研中变得火爆的冷冻电镜，从上世纪80年代在国外已有研究，2009年，北京大学医学院生物物理系系主任尹长城第一次引入国内，各项技术也在不断更新。“虽然我是第一个引进的，但那时候的分辨率肯定比不上施一公团队的，现在国内 的冷冻电镜是Titan Krios，目前清华已有三台，施一公还打算再买一台，中科院有一台，上海国家蛋白质科研中心有一台，此外，浙江大学已经订购了，复旦大学、上海科技大学、北大本部也有订购计划。”

　　冷冻电镜仪器高端，价格也不菲。一台最好的可以做冷冻电镜的透射电子显微镜需要450万美元，这还仅仅是一台显微镜的价格，整套仪器需要电子探测器，球差矫正器，能量过滤器、相位板等设备，据介绍，全套加起来保守估计需要600万美元。清华大学甚至用了一整栋楼来安装、维护这些庞大的仪器。

　　“虽然技术是引进的，但科研是自己的。施一公可以敏锐地意识到这种方法，懂得它的重要性并加以利用，他也是有他自己的科研思路的。”尹长城说。

　　科研仪器助战科研显成效

　　能取得轰动世界的科研成果，离不开科研仪器的帮助。这次施一公团队得到的剪接体结构接近原子量级，也就是3.6埃（埃是长度单位，1埃=十亿分之一米）。但如果没有冷冻技术使样品形状固定，使样品便于观察；如果没有电子显微镜能观察到原子级的结构；如果没有数据采集和储存系统帮助我们收集和分析数据，光靠人类的力量这几乎是不可能完成的任务。单就观察样品这一项来说，人的眼睛最小能看到0.1mm的东西，不可能会看到原子，甚至一般的光学显微镜的清晰观察也只能到毫米级。

　　▲科研人员使用冷冻电镜观察并得到图像数据。

　　▲科研人员使用冷冻电镜观察并得到图像数据。

　　据尹长城介绍，当年轰动世界的DNA双螺旋结构的发现就是因为研究出了利用X光射线去研究DNA的衍射的方法。姜韬表示，现在科学研究中，科研仪器扮演者越来越重要的角色，这些仪器依托于科学家研发的技术，是科学家眼睛、手和脑的延伸。由于生理结构，人类的一些功能会有局限性，实验必须借助仪器来完成。“就像宇航员登陆月球，即使人类掌握的技术已经达到这个水平，但如果没有宇宙飞船这个工具，也是不可能实现的。”

　　工欲善其事，必先利其器。科学实验的成功离不开科学仪器和设备的支撑，很多重大科研成果都是由于科学仪器和方法的突破。一个新的方法，新的仪器，新的技术都可能打开一片新的领域，帮助科学家完成更多“不可能”。而在科学界，对研究出这些方法的科学家会受到嘉奖。此次施一公利用冷冻电镜获得了诺奖级成果，当初研究出分析蛋白质结构的电镜技术的Aron.klug也因其在方法上的改进获得了1982年的诺贝尔化学奖。