Science：科学家们通过重新设计成像的逻辑，彻底改变了显微镜学

由都柏林三一学院领导的一个国际科学家团队设计了一种创新的成像方法，使用最先进的显微镜，大大减少了所需的时间和辐射。他们的工作代表了一个重大突破，将使从材料科学到医学等多个学科受益，因为该方法有望为敏感材料(如特别容易受到损伤的生物组织)提供更好的成像。

目前，扫描透射电子显微镜(stem)引导高度聚焦的电子束穿过样品，逐点建立图像。通常，在每个点，波束停止一个固定的，预定义的时间，暂停以积累信号。有点像使用摄影胶片的相机，无论图像区域的特征如何，这都会产生具有恒定曝光时间的图像。电子不断地落在样品上，直到每个像素的所谓“停留时间”过去。传统的方法易于实施，但使用过度的破坏性辐照有可能导致样品转变或破坏的风险。

然而，新方法通过重新考虑成像的基本逻辑，彻底改变了基本方法。该团队不是在固定的时间内观察并测量检测到的“事件”的数量——因为电子从样品的不同部分分散开来以构建图像——而是开发了一种基于事件的检测系统，在该系统中，他们测量检测到一定数量的这些事件所花费的不同时间。

这两种方法都可以提供相同的“检测率”图像对比度，但关键的是，他们的方法背后的新数学理论表明，在每个探测位置检测到的第一个电子为构建图像提供了大量信息，但随后电子撞击同一点提供的信息回报迅速递减。样本上的每个电子都有同样的损坏风险。

从本质上讲，这种新方法意味着你可以在成像效率的峰值“关闭”照明，需要更少的电子来构建类似或更好质量的图像。

但是一个理论本身并不能提供一个减少的辐射模式。为了实现这一点，该团队与IDES有限公司联合申请了一项技术专利(Tempo STEM)，该技术结合了高科技的“光束消光器”，一旦在样品中的每个测量点达到所需的精度，就会关闭光束。

Lewys Jones博士是都柏林三一学院物理学院的助理教授，皇家社会科学基金会爱尔兰大学研究员，以及SFI先进材料和生物工程研究中心AMBER的资助调查员，他领导的研究团队刚刚发表在国际领先的《科学》杂志上。

他说:“将两种最先进的技术以如此令人兴奋的方式结合起来，在显微镜的功能上实现了真正的飞跃。”让显微镜能够在几纳秒内“空白”或“关闭”电子束，以响应实时事件，这在以前是从未有过的。

“我们的方法减少了产生高质量图像所需的总辐射剂量，消除了只提供递减回报的过量剂量，并避免了对样本造成不必要的损害。”

圣三一学院的Jon Peters博士是这项研究的第一作者。他说:“从辐射的角度来看，我们倾向于认为电子是相对温和的，但是当它们以大约75%的光速射向一个微小的生物样本时，它们破坏这些样本就不足为奇了。”这一直是显微镜的一个主要问题，因为你得到的图像可能无法使用，或者更糟，误导。如果你需要决定未来的电池材料或催化剂开发，这显然是有问题的。”