微晶电子衍射（MicroED）服务｜微晶结构解析
微晶电子衍射（MicroED，亦属三维电子衍射 3D ED 技术家族）是近十余年发展起来的结构解析方法。它使用透射电子显微镜，以连续旋转的方式（continuous rotation electron diffraction，cRED）对冷冻固定的微小晶体采集衍射图，经索引、积分与合并后完成结构解析与精修。
与 X 射线晶体衍射相比，电子与物质的相互作用强度高出约三个数量级，因此尺寸远小于 X 射线要求的晶体也能产生足够强的衍射信号。原本被判定为"无法用于结构测定"的微晶、薄片与结晶沉淀，重新成为可用的结构来源。
艾迪基因提供从样品评估到结构交付的完整链路：微晶样品制备与富集、冷冻载网制备、冷冻电镜衍射数据收集、数据处理与结构解析、运动学与动力学精修、结构验证与解读。对于尚无微晶的样品，可先由结晶与样品制备环节启动。
技术原理
一、为什么电子能"照亮"微小晶体
X 射线主要与电子云发生散射，作用较弱，因此需要较大体积的晶体才能累积出可测量的衍射强度。电子束与物质的相互作用强度约为 X 射线的 103 倍量级，哪怕晶体体积只有常规单晶的百万分之一，仍可获得可解析的衍射数据。
这一物理差异直接决定了两者的适用边界：MicroED 面向亚微米至数微米尺度的晶体，X 射线衍射则通常要求晶体尺寸达到数十微米量级。
二、连续旋转数据收集（cRED）
数据收集在冷冻透射电镜中完成，主要环节如下。
微晶分散后负载于电镜载网，经快速冷冻形成玻璃态冰环境
在低电子剂量条件下定位目标晶体
样品台连续缓慢倾转，同时以电影模式逐帧记录衍射图
各帧对应不同取向，组合成三维衍射数据集
低温与低剂量是控制辐射损伤的关键。
三、动力学散射与精修策略
电子衍射的一个特点是动力学散射（多次散射）效应明显。若沿用常规的运动学假设精修，残留因子往往偏高。因此 MicroED 结构精修通常有两种做法。
| 精修方式 | 特点 | 适用目标 |
|---|---|---|
| 运动学精修 | 计算快、流程成熟，残留因子相对较高 | 常规骨架确认、快速定性 |
| 动力学精修 | 考虑多次散射，精度与可靠性显著提升，可改善氢原子位置与绝对构型判断 | 需要发表级结构、手性判定、电荷密度分析 |
与 X 射线晶体衍射的选型对照
| 对比维度 | X 射线晶体衍射 | 微晶电子衍射（MicroED） |
|---|---|---|
| 晶体尺寸要求 | 通常需数十微米量级的单晶 | 亚微米至数微米级微晶即可 |
| 样品用量 | 相对较多，需多次结晶优化 | 少，纳克级微晶即可启动 |
| 数据收集场所 | 实验室光源或同步辐射线站 | 冷冻透射电镜（200–300 kV） |
| 单颗晶体收集时长 | 数分钟至数小时（含线站排期） | 通常数十分钟内 |
| 辐射效应 | 辐射损伤需低温控制 | 对剂量更敏感，须低剂量与冷冻条件 |
| 数据完整度 | 单晶通常可获得高完整度 | 受倾转范围限制，常需合并多颗晶体数据 |
| 精修特点 | 运动学精修成熟，指标体系完善 | 可进一步做动力学精修提升精度 |
| 典型适用对象 | 可培养大晶体的蛋白、复合物 | 小分子药物、天然产物、多肽、晶型研究、难长大晶体蛋白 |
| 互补关系 | 首选方案 | X 射线失败或晶体过小时的替代路径 |
注：两种方法不是替代关系而是互补关系。若样品能获得合格大晶体，X 射线衍射仍是效率与精度的首选；若晶体始终长不大，MicroED 提供第二条通路。
标准服务流程
样品评估与可行性判断
微晶制备与富集
冷冻载网制备
冷冻电镜数据收集
数据处理与还原
结构解析与精修
验证、解读与交付
Step 01: 样品评估与可行性判断
审阅化合物的溶解性、稳定性、已有结晶条件与显微照片，判断样品是否适合 MicroED，并给出制样方案。输出《样品评估报告》，明确预期分辨率与风险点。
Step 02: 微晶制备与富集
对尚无微晶的样品开展微晶制备：溶剂体系筛选、反溶剂扩散、缓慢挥发、温度梯度等方式获得微晶悬液；对已有结晶筛选沉淀的样品做富集与清洗处理。
Step 03: 冷冻载网制备
将微晶悬液负载至电镜载网（常用超薄碳膜或 Quantifoil 支持膜），经滤纸吸附去除多余液体后快速投入液态乙烷完成玻璃化冷冻，随后在液氮条件下储存与转移，避免冰晶污染与样品退化。
Step 04: 冷冻电镜数据收集
在 200–300 kV 冷冻透射电镜下，以低剂量条件定位晶体并开展连续旋转衍射数据收集，逐帧记录衍射图；可根据样品稳定性调整旋转速率与总旋转范围。
Step 05: 数据处理与还原
衍射帧序列经转换、索引、积分与缩放处理，评估分辨率、完整度与信噪比；单颗晶体完整度不足时，合并多颗晶体数据集以提升覆盖。
Step 06: 结构解析与精修
以直接法或分子置换求解初始结构，完成原子指认与精修；按需求执行运动学精修或动力学精修，必要时定位氢原子并分析绝对构型。
Step 07: 验证、解读与交付
通过几何合理性、残留因子与标准检查工具完成质量验证，生成结构图、数据报告与解读意见，并按要求协助完成数据库提交。
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技术参数与质控标准
注：以下为行业常见参考区间，实际指标取决于样品性质、晶体质量与设备配置；具体项目在合同中约定验收口径。
| 项目 | 参考值 |
|---|---|
| 适用晶体尺寸 | 亚微米至数微米级（常见 100 nm–2 μm） |
| 样品用量 | 微克级样品即可启动，实际消耗通常为纳克级 |
| 样品形态 | 微晶悬液、结晶筛选沉淀、粉末、薄片状晶体 |
| 样品要求 | 成分明确、无强挥发性溶剂残留、缓冲液盐浓度不宜过高 |
| 不适用情形 | 极易升华、强吸湿或电子束下瞬间破坏的样品（需先做预评估） |
| 项目 | 参考值 |
|---|---|
| 载网类型 | 超薄碳膜、Quantifoil 等支持膜载网 |
| 冷冻方式 | 液态乙烷快速冷冻，液氮条件下储存与转移 |
| 加速电压 | 200 kV 或 300 kV |
| 数据收集温度 | 液氮温度以下（冷冻条件） |
| 剂量策略 | 低剂量条件，控制总电子剂量以抑制辐射损伤 |
| 旋转方式 | 连续旋转采集，速率与总角度按晶体稳定性调整 |
| 探测器 | CMOS 相机或直接电子探测器，电影模式逐帧记录 |
| 单颗晶体收集时长 | 通常数十分钟内 |
| 数据合并 | 单颗晶体完整度不足时，合并 2–10 颗晶体数据 |
不同样品类型的可达分辨率差异较大，下表按常见情况给出参考区间。
| 指标 | 典型范围 |
|---|---|
| 分辨率（小分子 / 多肽） | 常见 0.8–1.2 Å |
| 分辨率（蛋白微晶） | 常见 1.5–3.0 Å |
| 单颗晶体完整度 | 常见 60%–90%（受倾转范围限制） |
| 运动学精修残留因子 | 常见于 0.20–0.30 区间 |
| 动力学精修残留因子 | 可显著改善（常见降至 0.10–0.18 区间） |
| 几何合理性 | 键长、键角、平面性均通过标准检查 |
交付物清单
| 交付项 | 格式 | 说明 |
|---|---|---|
| 原子坐标文件 | CIF / PDB | 精修完成的最终结构模型 |
| 结构因子文件 | HKL / MTZ / CIF | 供第三方复算与投稿 |
| 衍射原始帧数据 | 压缩包 | 按项目约定保留与归档 |
| 数据收集与处理报告 | 晶胞参数、空间群、分辨率、完整度、统计表 | |
| 精修与验证报告 | 残留因子、几何指标、标准检查结果 | |
| 结构图与源文件 | PNG / 源工程文件 | 分子结构图、堆积图、电子密度图 |
| 晶型与构型分析意见 | 多晶型差异、氢键网络、绝对构型判断说明 | |
| 数据库提交协助 | — | 协助完成 CSD / PDB 等数据库提交 |
核心优势
1. 把"长不大"的晶体变成可用样品
亚微米级晶体即可开展数据收集，结晶筛选中的微沉淀也能重新利用。对客户而言，不必把项目周期耗在无止境的晶体优化上。
2. 样品用量极少
实际参与衍射的晶体体积微小，总消耗通常在纳克级，适合合成量受限的化合物与珍贵天然产物。
3. 单次数据收集快
单颗晶体的衍射数据通常在数十分钟内完成，配合多颗晶体合并策略，可在较短时间内推进到结构解析阶段。
4. 精度可通过动力学精修提升
不仅给出骨架，还可通过动力学精修改善残留因子、定位氢原子并支持绝对构型判断，满足发表与申报要求。
5. 与既有结构平台互补
同一项目组同时具备 X 射线晶体衍射与冷冻电镜相关能力，可根据样品实际情况给出方法学建议，而不是把样品硬塞进单一流程。
应用场景
| 场景 | MicroED 能回答的问题 |
|---|---|
| 小分子药物结构确认 | 化合物的三维构型、构象与分子间作用方式 |
| 天然产物结构鉴定 | 微量分离产物的平面结构与立体构型 |
| 药物多晶型与盐型 | 不同晶型的堆积方式、氢键网络差异 |
| 共晶与包合物 | 主客体比例、结合方式与堆积特征 |
| 多肽与短肽组装 | 寡肽的构象与组装堆积方式 |
| 蛋白微晶结构 | 无法获得大晶体时的蛋白或复合物结构信息 |
| 框架材料（MOF / COF 等） | 孔道结构与客体分子位置 |
| X 射线失败样品的补救 | 在既有结晶条件下寻找可用的第二条通路 |
送样要求与项目周期
| 送样类型 | 要求 | 备注 |
|---|---|---|
| 微晶悬液 | 注明分散溶剂、浓度与储存条件 | 最为推荐的送样形式 |
| 固体微晶 / 粉末 | 提供 1–5 mg 固体，注明是否为多晶混合物 | 由我们完成分散与富集 |
| 结晶筛选孔板 | 提供孔板照片与条件信息 | 需提前沟通转运方式 |
| 已有载网样品 | 说明冷冻与储存条件 | 直接进入电镜环节 |
送样前请确认：样品不具强挥发性或强腐蚀性；含盐样品尽量脱盐处理；附化合物结构与已知谱图信息（如有）。
| 阶段 | 参考周期 |
|---|---|
| 样品评估与可行性判断 | 1 周 |
| 微晶制备与富集 | 1–3 周 |
| 冷冻载网制备与预筛 | 1 周 |
| 冷冻电镜数据收集 | 1–2 周（含机时排期） |
| 数据处理与结构解析 | 1–2 周 |
| 精修、验证与报告 | 1 周 |
| 合计（已提供微晶样品） | 约 4–8 周 |
| 合计（需从头制备微晶） | 约 8–14 周 |
说明：电镜机时排期与晶体质量是影响周期的主要变量，项目启动后每阶段出具进度报告。
Advantage and Characteristic
Optimazied Strategy
We have create a unique sgRNA Design Logic
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FAQ
晶体小到什么程度还能做？
亚微米级晶体通常即可尝试，实际可行性取决于晶体完整性、厚度与电子束耐受性。样品评估阶段会给出判断。
只有粉末，没有单晶，可以送样吗？
可以。粉末中往往含有尺寸合适的微晶，经分散与富集后可能获得可用于数据收集的晶体；是否可行以预筛结果为准。
MicroED 的结果能用于发表和专利申报吗？
可以。交付坐标文件、结构因子与完整验证报告，并可协助完成数据库提交（如 CSD 或 PDB）。具体期刊与申报要求可在立项阶段对齐。
和 X 射线结果不一致怎么办？
两者在精修模型与散射物理上存在差异。我们会如实标注差异来源（动力学散射、精修方式、晶体环境），并建议以何种结果对外。
能确定绝对构型吗？
在分辨率与精修质量满足条件时，动力学精修可为手性中心的绝对构型提供支持性证据；是否可得须视具体数据质量而定。
样品会被破坏吗？
电子束对样品有损伤，数据收集全程采用低剂量与冷冻条件以降低损伤。剩余样品可按约定返还或保存。
数据归属与保密如何保障？
项目数据、结构信息归客户所有，可签署保密协议。未经书面授权不用于任何对外展示或二次使用。
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