Elektronska tomografija s 3487 slikami v 3,5 sekundah: hitra elektronska tomografija postavlja nove standarde za 3-D podobe | 2020

Vsebina:

Anonim

Elektronska tomografija je povezana z računalniško tomografijo, ki je postala nepogrešljiva pri raziskavah in kliničnih študijah. Elektronske tomograme lahko dobimo iz veliko manjših volumnov kot z rentgenskimi tehnikami. Tridimenzionalna prostorska ločljivost elektronske tomografije je najvišja, ki jo je mogoče doseči z današnjo tehnologijo. Metoda je edinstveno primerna za proučevanje virusov in bakterij za lažji razvoj zdravil ali za prikaz struktur novih nanomaterialov za aplikacije, ki segajo od nanoelektronike do energetske tehnologije.

"Zmožnost pospeševanja pridobivanja slik in zmanjšanja doze sevanja odpira nova obzorja, zlasti v znanostih o življenju in raziskavah mehkih snovi, z elektronsko tomografijo," pravi prof. Rafal Dunin-Borkowski. V tej tehniki se uporablja transmisijski elektronski mikroskop za hitro snemanje slik podregijske velikosti iz različnih kotov.

"Posamezne slike ne prikazujejo prerezov vzorca. Namesto tega so informacije iz različnih globin v njem superponirane - podobno rentgenski sliki - in projicirane na ravnino," pojasnjuje direktor centra Ernst Ruska , ki je tudi direktor Inštituta za raziskave mikrostrukture (PGI-5) v inštitutu Jülichovega Peter Grünberg. Zato so potrebni algoritmi, da računalnik izračuna tridimenzionalno rekonstrukcijo objekta iz niza slik.

Ločljivost, ki jo je mogoče doseči, je omejena z destruktivnim učinkom elektronskega žarka na vzorec. Zlasti mehki, biološki vzorci dopuščajo le omejeno število slik. Njihove občutljive strukture, na primer tiste beljakovin, hitro uničijo visokoenergetski elektroni. Da bi zmanjšali odmerek elektronov, so raziskovalci v centru Ernst Ruska opremili svoj elektronski mikroskop z novim detektorjem. Ta kamera za detekcijo enega elektrona neposredno registrira prihajajoče elektrone, ne da bi jih morali pretvoriti v fotone, tj. Svetlobo - običajno prakso danes.

"Najnovejša generacija detektorskih čipov ima zelo visoko občutljivost, kar pomeni, da za enako kakovost slike zadostuje doza elektronskega snopa, ki je dva do trikrat nižja," pojasnjuje dr. Vadim Migunov iz Ernst Ruska-Centra in Jülichovega inštituta Peter Grünberg. . Njegovi sodelavci v centralnem inštitutu za inženirstvo, elektroniko in analitiko Jülicha (ZEA-2) so pomagali razviti elektroniko v čipu, ki zagotavlja hitro hitrost odčitavanja podatkov in s tem izjemno hitro snemanje.

Prvi testi z nanocevkami in katalizatorji Vadim Migunov je skupaj s sodelavci iz Ernst Ruska-Centra z novim senzorjem pregledal anorgansko nanocevko lantanida z novim senzorjem. Takšne strukture so trenutno zanimive, ker so lahko primerne za proizvodnjo električne energije iz odpadne toplote ali kot nove svetlobne vire in katalizatorje. S hitrostjo zapisovanja približno 1000 slik na sekundo se lahko elektronska tomografija sedaj uporablja za nano meritve hitrih procesov, kot so kemijske reakcije, ki vključujejo katalizatorje, procese rasti kristalov ali fazne prehode, «pojasnjuje Vadim Migunov.

Študije z boljšo časovno in prostorsko ločljivostjo lahko pomagajo razkriti, zakaj se funkcionalnost nanokatalizatorja sčasoma izgubi. Nanodelce katalizatorjev lahko uporabimo za proizvodnjo vodika in ločevanje škodljivih toplogrednih plinov. Njihova učinkovitost je odvisna predvsem od tega, kako so atomi razporejeni na površini, na kateri potekajo kemične reakcije.

Nova tehnika ima dodatne prednosti. Za zapisovanje in rekonstrukcijo tridimenzionalne strukture vzorca na računalniku je potrebnih le nekaj sekund časa. Potreben čas je torej zelo kratek in znanstveniki lahko opazujejo eksperimente ne samo v 3D, temveč tudi skoraj "živi".