顯微技術(shù)的突破有望為敏感材料提供更好的成像

都柏林圣三一學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國際科學(xué)家小組利用最先進(jìn)的顯微鏡設(shè)計(jì)出一種創(chuàng)新的成像方法，大大減少了所需的時(shí)間和輻射。他們的工作是一項(xiàng)重大突破，將惠及從材料科學(xué)到醫(yī)學(xué)等多個(gè)學(xué)科，因?yàn)檫@種方法有望改善敏感材料（如特別容易受損的生物組織）的成像。

目前，掃描透射電子顯微鏡（STEM）引導(dǎo)一束高度集中的電子束穿過樣品，逐點(diǎn)建立圖像。傳統(tǒng)上，在每個(gè)點(diǎn)上，電子束都會(huì)停止一段固定的預(yù)定時(shí)間，暫停以積累信號。

這有點(diǎn)像使用照相膠片的相機(jī)，無論圖像區(qū)域的特征如何，都能產(chǎn)生曝光時(shí)間恒定的圖像。電子不斷落在樣品上，直到每個(gè)像素的所謂“停留時(shí)間”過去。傳統(tǒng)方法操作簡單，但有可能使用過量的破壞性輻照，導(dǎo)致樣品變形或毀壞。

圖片:搜狗截圖20240802104523.png

然而，新方法通過重新考慮成像的基本邏輯，徹底改變了基本方法。研究小組開發(fā)了一種基于事件的檢測系統(tǒng)，測量檢測到一定數(shù)量的事件所需的不同時(shí)間，而不是在固定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行觀測并測量檢測到的 "事件 "數(shù)量--電子從樣品的不同部位散射以形成圖像。

這兩種方法都能提供等效的 "探測率 "圖像對比度，但關(guān)鍵的是，他們的方法背后的新數(shù)學(xué)理論表明，在每個(gè)探測位置探測到的第一個(gè)電子能為建立圖像提供大量信息，但隨后的電子撞擊到相同點(diǎn)所提供的信息回報(bào)會(huì)迅速減少。而標(biāo)本上的每個(gè)電子都會(huì)帶來同樣的損壞風(fēng)險(xiǎn)。

從根本上說，這種新方法意味著你可以在成像效率最高的時(shí)候“關(guān)閉”照明，只需要更少的電子就能生成質(zhì)量相似或更好的圖像。

但是，僅有理論是無法實(shí)現(xiàn)減少輻射模式的。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究小組與 IDES Ltd.共同申請了一項(xiàng)技術(shù)（Tempo STEM）的專利，該技術(shù)結(jié)合了高科技“光束消隱器”，在樣品的每個(gè)測量點(diǎn)達(dá)到所需的精度后關(guān)閉光束。

Lewys Jones博士是都柏林圣三一學(xué)院物理學(xué)院的Ussher助理教授、愛爾蘭皇家學(xué)會(huì)-科學(xué)基金會(huì)大學(xué)研究員，也是SFI先進(jìn)材料和生物工程研究中心AMBER的研究員，他領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了這篇研究文章。

他說：“以如此令人興奮的方式將兩種已經(jīng)非常先進(jìn)的技術(shù)結(jié)合在一起，是顯微鏡功能的一次真正飛躍。讓顯微鏡專家能夠在納秒級的時(shí)間內(nèi)'空白'或'關(guān)閉'電子束，以應(yīng)對實(shí)時(shí)事件，這在以前是從未有過的。我們的方法降低了生成高質(zhì)量圖像所需的總體輻射劑量，消除了只會(huì)帶來遞減回報(bào)的過量劑量，并避免了對樣品造成不必要的損害�！�

三一學(xué)院的Jon Peters博士是這項(xiàng)工作的第一作者。他說：“從輻射的角度來看，我們往往認(rèn)為電子是相對溫和的，但當(dāng)電子以光速的 75% 左右的速度射向微小的生物樣本時(shí)，對這些樣本造成損害就不足為奇了。這一直是顯微鏡的一個(gè)主要問題，因?yàn)槟愕玫降膱D像可能無法使用，或者更糟，會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)。如果你需要對未來的電池材料或催化劑開發(fā)做出決策，這顯然是個(gè)問題�！�

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論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado8579