Smart trick muliggør 20 gange hurtigere billeddannelse med elektronmikroskopi

Forskere ved Delft University of Technology (TU Delft) har udvidet på et smart trick og øget hastigheden af ​​elektronmikroskop-billeddannelse med en faktor på 20. En simpel justering er alt, hvad der er nødvendigt:at påføre en spænding til prøveholderen. Gennem dette enkle indgreb, en prøve, der normalt ville tage et elektronmikroskop en uge at afbilde, kan nu inspiceres på en enkelt nat eller en arbejdsdag.

Elektronmikroskoper er uden sidestykke, når det kommer til billeddannelse i den allermindste skala. I modsætning til et optisk mikroskop, der fanger lyspartikler, scanningselektronmikroskopet (SEM) skyder en elektronstråle mod prøven - f.eks. en tynd skive væv. Elektronerne i strålen spredes i vævet, hvorefter de spredte elektroner fanges af en sensor. Derefter opretter en computer et billede baseret på, hvor mange elektroner der er spredt i hver position, strålen scanner.

Omhyggelig opgave

Elektronmikroskoper er i stand til at forstørre objekter op til en million gange, sætter dig i stand til at undersøge strukturen af ​​vævet eller andet materiale på næsten molekylært niveau. Men fordi enheden fungerer så detaljeret, det er en virkelig møjsommelig opgave at kortlægge små genstande. "Som en del af forskning i diabetes, for eksempel, vi arbejder sammen med forskere fra UMC Groningen om at skabe billeder af de insulinproducerende øer i Langerhans i bugspytkirtlen, " siger TU Delft-forsker Jacob Hoogenboom. "At skabe et fuldstændigt billede af kun et stykke væv af en bugspytkirtel fra en rotte tager omkring en uges målinger."

Hoogenbooms forskningsgruppe, som arbejder på at forbedre optiske og elektronmikroskoper, har nu fundet på et smart trick til at fremskynde denne proces med en faktor tyve. "Ved at påføre en spænding til prøveholderen kan vi sænke de indkommende elektroner og samtidig accelerere de udgående elektroner, " forklarer han. "Denne acceleration betyder, at elektronerne rammer detektoren med mere energi, så de genererer mere signal og derved overvældende elektronikstøj og skudstøj og gør det muligt for enheden at måle mere effektivt."

Potentiel

Forskerne fik denne idé gennem en anden, grundlæggende, forskningsprojekt. I denne forskning forsøger de at finde ud af, hvilke kemiske reaktioner elektronerne indgår i med de materialer, de scanner, ved forskellige energier. "Målet er at begrænse disse reaktioner så meget som muligt, fordi du ikke ønsker, at det du scanner skal ændres, mens du scanner det, " siger Hoogenboom. "For at justere elektronernes energi, vi eksperimenterede også med at anvende et elektrisk potentiale på prøven. Vi diskuterede dette indbyrdes, da vi indså, at vi også kunne bruge et sådant potentiale til at spare tid, mens vi skabte et billede."

Det fantastiske ved dette TU Delft-trick er, at det ikke kræver nogen komplicerede justeringer:alle med et scanningselektronmikroskop kan bruge det. Hoogenboom:"I de fleste elektronmikroskoper er det allerede muligt at påføre en spænding til prøveholderen. Normalt bruger folk denne mulighed til at adskille højenergi spredte elektroner fra dem med lav energi, så du kun står tilbage med det nyttige signal. Men indtil nu havde ingen indset, hvor meget hurtigere du er i stand til at afbilde dit eksemplar."