2017年名师导学系列讲座之六：3DEM Technology from Nano

记11月9日中科院生物研究所孙飞研究员讲座

11月9日下午，来自中科院生物研究所的孙飞研究员在匡亚明学院楼四楼国生报告厅为匡院及各院系拔尖计划的同学们做了一场生动翔实的报告，孙飞为1997级基础学科教学强化部（匡亚明学院前身）毕业生，曾入选国家高层次人才特殊支持计划青年拔尖人才并获中国生物物理学会杰出贡献奖等多项殊荣。孙飞研究员的讲座由浅入深，娓娓道来，介绍了3DEM Technology from Nano-scale to Meso-scale（即冷冻电镜技术）在生物学中的应用，同时，作为理科强化部的学长，也对同学们未来的人生规划给予了许多指点，令许多同学收益匪浅。

在低温下使用透射电子显微镜观察样品的显微技术，就叫做冷冻电子显微镜技术，简称冷冻电镜。冷冻电镜是重要的结构生物学研究方法，它与另外两种技术：X射线晶体学（X-ray crystallography）和核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）一起构成了高分辨率结构生物学研究的基础，在获得生物大分子的结构并揭示其功能方面极为重要。2017年，冷冻电镜技术获得了诺贝尔化学奖。

孙飞老师以一个问题开场：“人为什么会衰老？”，通过这个问题，孙老师为大家介绍了生命科学的研究对象和手段，并说明生命科学是一门十分有趣的学科。之后，孙老师将话题引到冷冻电镜上来。他首先说明了为什么光学显微镜不能观察分子原子尺度的物体，并藉此说明为什么生物研究中需要使用电子显微镜，因为电子显微镜相较光学显微镜有诸多优点，比如电子显微镜可以看原子、看组织（疾病诊断）、看DNA分子/病毒/蛋白质，且电子显微镜可以三维成像，可以透视，这是二维成像的光学显微镜所不能比拟的。之后孙老师向我们演示了细胞内部“机器”工作过程，比如蛋白酶体，蛋白合成。虽然电子显微镜有诸多的优点，但同时，由于电子显微镜使用条件较为苛刻，需在真空低温环境下分析样品，使得大多数生物样品难以直接观察，往往需要结晶以后才能进行分析，这为生物学的研究带来了诸多的不便，因而，冷冻电镜技术应运而生。这中间又经历了种种波折，最终冷冻电镜技术在生物学研究中被广泛利用。

冷冻电镜的原理是利用液态乙烷迅速将生物体内的水分冻结成玻璃态，防止结晶破坏分子或组织结构，之后再利用电镜观察。如今，冷冻电镜已经应用在生物学的诸多方面，比如解析蛋白，药物设计等等领域，做出了许多的成果。

之后，孙飞研究员向同学们介绍了他的课题组和生物成像中心的一些研究成果和进展。

提问环节场面热烈，孙老师的回答既专业，也通俗易懂，激发同学们探索未知领域的兴趣，让同学们收获了知识，开阔了视野，进一步增强了对基础学科研究的兴趣。最后孙飞研究员以自身的经历勉励大家好好学习，刻苦钻研，将来为中国科学事业的发展做出自己的贡献。

（文/李子中 图/顾云翔）