摘 要：

冷冻电子显微学三维重构技术，简称冷冻电镜技术，主要用于测定生理状态或近生理状态的生物大分子结构。随着近年来的技术突破，冷冻电镜技术的分辨率获得大幅提高，目前已经成为结构生物学领域最热门的先进技术之一，并正在引发结构生物学领域研究方法上的重大变革。目前冷冻电镜技术是一个在快速发展的技术，仍然面临很多技术挑战，尤其普遍适用性和结构解析效率的不足问题，限制了这一技术在更多生物方向上的应用以及更大规模的普及。在此背景下，我们致力于发展一套自动化的冷冻电镜结构解析系统，并以此为基础，通过引入新技术新方法来增强冷冻电镜的结构解析效率和普遍适用性。在单颗粒三维重构技术方面，我们引入了粒子滤波算法，来提高三维重构时参数搜索的鲁棒性和精度，从而使高分辨率更加易于获得，也更加适用于自动化的工作场景。通过引入基于深度学习的图像识别，我们可以把操作者的经验传递给计算机，降低现有算法对用户经验的依赖性，提高系统的自动化程度。冷冻电镜同时也具有衍射模式，可以用来获得蛋白质晶体的三维衍射谱，以解析其结构，称为蛋白微晶电子衍射技术。然而电子衍射的应用目前在冷冻电镜中仍然面临一系列硬件和软件瓶颈，难以推广，我们通过开发一套基于相机和样品台同步的自动化软件系统，显著消除了这些瓶颈。同时，通过基于聚焦离子束微加工的技术，我们显著消除了微晶电子衍射样品的制备难度，消除了对晶体大小的限制。