Trend rozwojowy mikroskopu elektronowego nowej generacji
1. Wysokowydajne mikroskopy elektronowe działowe z emisją polową są coraz bardziej popularne i stosowane. Transmisyjny mikroskop elektronowy pistoletu z emisją polową może zapewnić źródło światła elektronowego o wysokiej jasności i wysokiej spójności. Dlatego rozmieszczenie atomów i rodzaje materiałów można kompleksowo analizować w skali atomowo-nanometrowej. W połowie{3}} XX wieku na Tajwanie było tylko kilkadziesiąt jednostek; teraz wzrosła do tysięcy. Obecnie w naszym kraju jest ponad sto transmisyjnych mikroskopów elektronowych z emisją polową. Konwencjonalne skaningowe mikroskopy elektronowe z gorącym włóknem wolframowym (elektronowym) mogą osiągać rozdzielczość najwyżej 3,0nm; nowa generacja skaningowych mikroskopów elektronowych z działem polowym może mieć rozdzielczość lepszą niż 1,0nm; Rozdzielczość sięga 0,5 nm{10}},4 nm. Wśród nich środowiskowy skaningowy mikroskop elektronowy może osiągnąć: rzeczywiste warunki „środowiskowe”, próbki można obserwować w warunkach 100-procentowej wilgotności; próbki biologiczne i próbki nieprzewodzące nie muszą być powlekane i mogą znajdować się bezpośrednio na maszynie w celu dynamicznej obserwacji i analizy; Trzy zastosowania maszyny”. Trzy tryby pracy: wysoka próżnia, niska próżnia i „otoczenie”.
2. Należy dążyć do opracowania nowej generacji monochromatorów i korektorów aberracji sferycznej w celu dalszej poprawy rozdzielczości mikroskopów elektronowych. Współczynnik aberracji sferycznej: współczynnik aberracji sferycznej Cs konwencjonalnego transmisyjnego mikroskopu elektronowego wynosi około mm; współczynnik aberracji sferycznej transmisyjnego mikroskopu elektronowego został zredukowany do Cs<0.05mm. Chromatic aberration coefficient: the chromatic aberration coefficient of the conventional transmission electron microscope is about 0.7; The chromatic aberration coefficient of the TEM has been reduced to 0.1. Field emission transmission electron microscopy, STEM technology, and energy filtering electron microscopy have become analytical means and tools for material science research, and even biomedicine. The spherical aberration corrector of the objective lens improves the resolution of the field emission transmission electron microscope to the information resolution. That is, it improves from 0.19nm to 0.12nm or even less than 0.1nm. Using a monochromator, the energy resolution will be less than 0.1eV. But the beam current of the monochromator is only about one tenth of that without a monochromator. Therefore, while using a monochromator , but also to consider the reduction of the beam current of the monochromator. While the spherical aberration corrector of the condenser improves the resolution of STEM to less than 0.1nm, the spherical aberration corrector of the condenser increases the beam current by at least 10 times, which is very beneficial to improve the spatial resolution. While correcting the spherical aberration, the chromatic aberration increases by about 30%. Therefore, while correcting the spherical aberration, the chromatic aberration should also be considered.
3. Analiza mikroskopu elektronowego zmierza w kierunku komputeryzacji i tworzenia sieci. Jeśli chodzi o instrumenty i wyposażenie, obecny system operacyjny skaningowego mikroskopu elektronowego wykorzystuje zupełnie nowy interfejs operacyjny. Użytkownik musi tylko nacisnąć mysz, aby sterować tubusem obiektywu mikroskopu elektronowego i częściami elektrycznymi, a także automatyczną pamięcią i regulacją różnych parametrów. Pomiędzy różnymi regionami demonstracje, takie jak przesuwanie próbek, zmiana trybów obrazowania i regulacja parametrów mikroskopu elektronowego, mogą być przeprowadzane za pośrednictwem systemu sieciowego. W celu realizacji zdalnego sterowania mikroskopem elektronowym.
4. Istotne zastosowanie mikroskopu elektronowego w badaniu nanomateriałów. Ponieważ dokładność analizy mikroskopu elektronowego jest zbliżona do skali atomowej, za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego z działem polowym i wiązki elektronów o średnicy 0,13 nm można nie tylko zebrać obraz z kontrastem Z pojedynczego atom, ale także zbierać energię elektronów widma strat pojedynczego atomu. Oznacza to, że mikroskop elektronowy może jednocześnie uzyskiwać informacje o strukturze atomowej i elektronowej materiałów w skali atomowej. Obserwacja pojedynczych obrazów atomowych w próbkach zawsze była długoterminowym zajęciem społeczności naukowej. Średnica atomu wynosi około 2-3mm na 10 milionowych części. Dlatego do rozróżnienia pozycji każdego atomu potrzebny jest mikroskop elektronowy o rozdzielczości około 0,1 nm, który musi być powiększony około 10 miliona razy. Przewiduje się, że gdy skala materiału zostanie zredukowana do nanoskali, optyczne, elektryczne i inne właściwości fizyczne i mechaniczne materiału mogą być unikalne. Dlatego otrzymywanie nanomateriałów, takich jak nanocząstki, nanorurki i nanoprzewody, a także badania zależności między ich strukturą a właściwościami stały się gorącym punktem badawczym, któremu ludzie poświęcają szczególną uwagę. Za pomocą mikroskopu elektronowego, zwykle na transmisyjnym mikroskopie elektronowym z działem o ultrawysokiej emisji pola próżniowego powyżej 200 kV, można obserwować obrazy z mikroskopu elektronowego o wysokiej rozdzielczości nanofaz i nanodrutów, wzory dyfrakcji elektronów i widma strat energii elektronów w nanomateriałach. Na przykład pod mikroskopem elektronowym obserwowano nanorurki węglowe o średnicy wewnętrznej 0,4 nm, nanopręty Si-CN i nanodruty półprzewodnikowe Si domieszkowane Li. W dziedzinie biomedycyny technologia nano-koloidalnego złota, nano-selenowe kapsułki do opieki zdrowotnej, nano-poziomowe struktury organelli i nano-roboty, które mogą być tak małe jak bakterie, monitorują stężenie krwi w naczyniach krwionośnych i usuwają skrzepy krwi o naczyniach można powiedzieć, że są to wszystkie badania. Nieodłączny od narzędzia mikroskopu elektronowego. W skrócie: SEM i TEM nabierają coraz większego znaczenia w materiałoznawstwie, zwłaszcza w nanotechnologii. Poprawa stabilności i funkcjonalności sprawia, że mikroskop elektronowy nie jest już instrumentem używanym przez nielicznych ekspertów, ale popularnym narzędziem; wyższa rozdzielczość to wciąż najważniejszy kierunek rozwoju mikroskopu elektronowego; zastosowanie skaningowego mikroskopu elektronowego i transmisyjnego mikroskopu elektronowego zmieniło się z charakteryzacji i analizy na eksperymenty in situ i przetwarzanie nano-widzialne; Skoncentrowana wiązka jonów (FIB) jest coraz częściej wykorzystywana w badaniach naukowych nad nanomateriałami; Najpotężniejsze narzędzie do nanoprototypowania; cel korekcyjnego STEM (Titan): charakterystyka struktury 3D w rozdzielczości 0,5Å w 2008 r.
5. Mikroskopia krioelektronowa i technologia trójwymiarowej rekonstrukcji to aktualne obszary badań nad mikroskopią bioelektronową. Technologia mikroskopii krioelektronowej i technologia rekonstrukcji trójwymiarowej to aktualne obszary badawcze w dziedzinie biomikroskopii elektronowej. Omówiono w nim głównie wykorzystanie kriomikroskopii elektronowej (co obejmuje również zastosowanie mikroskopii krioelektronowej na zimnym stoliku z ciekłym helem) oraz technologii komputerowej rekonstrukcji obrazów trójwymiarowych do określenia biologicznej trójwymiarowej struktury makrocząsteczek i ich kompleksów. Takich jak wykorzystanie kriomikroskopii elektronowej do określenia trójwymiarowej struktury wirusów i wzrostu dwuwymiarowych kryształów białek błonowych na jednowarstwowych błonach lipidowych oraz ich obserwacja i analiza za pomocą mikroskopu elektronowego. Biologia strukturalna budzi obecnie duże zainteresowanie ludzi, ponieważ patrząc na świat biologiczny z systemowego punktu widzenia, ma różne struktury hierarchiczne: poszczególne ® narządy ® tkanki ® komórki ® biomakromolekuły. Chociaż biomakromolekuły znajdują się na najniższym poziomie, determinują różnice między układami wysokiego poziomu. Trójwymiarowa struktura określa funkcję. Struktura jest podstawą zastosowań: projektowanie leków, modyfikacja genetyczna, badania i rozwój szczepionek, konstrukcja sztucznych białek itp. Niektórzy przewidują, że przełomy w biologii strukturalnej przyniosą rewolucyjne zmiany w biologii. Mikroskopia elektronowa jest jednym z ważnych sposobów określania struktury. Zalety niskotemperaturowej mikroskopii elektronowej to: próbka jest w stanie zawierającym wodę, a cząsteczki są w stanie naturalnym; ponieważ próbka jest uszkodzona przez promieniowanie, do obserwacji należy stosować technikę niskodawkową; temperatura obserwacji jest niska, co zwiększa odporność próbki na promieniowanie; Próbki można zamrażać w różnych stanach, aby obserwować zmiany w strukturach molekularnych. Dzięki tym technikom wyniki obserwacji i analizy różnych próbek biologicznych są bliższe rzeczywistemu stanowi.
6. Wydajne kamery CCD stają się coraz bardziej popularne. Zaletą matryc CCD stosowanych w mikroskopach elektronowych jest wysoka czułość, niski poziom szumów i wysoki stosunek sygnału do szumu. Pod tym samym pikselem obrazowanie CCD często ma dobrą przezroczystość i ostrość, a odwzorowanie kolorów i ekspozycja mogą być gwarantowane jako zasadniczo dokładne. Rozdzielczość obrazu/rozdzielczość aparatu to liczba pikseli, którą często mówimy. W praktycznych zastosowaniach aparat Im wyższa liczba pikseli, tym lepsza jakość przechwytywanego obrazu. W przypadku tego samego zdjęcia, im wyższa liczba pikseli, tym silniejsza jest możliwość analizy obrazu, ale ilość rejestrowanych danych będzie znacznie większa, więc wymagania dotyczące urządzenia pamięci masowej są znacznie wyższe. W dzisiejszej dziedzinie TEM nowo opracowane produkty są całkowicie sterowane komputerowo, a akwizycja obrazu odbywa się za pomocą kamery CCD o wysokiej rozdzielczości zamiast kliszy fotograficznej. Trend technologii cyfrowej napędza rewolucję aplikacji TEM, a nawet całej pracy laboratoryjnej ze wszystkich aspektów. Szczególnie w zakresie oprogramowania do przetwarzania obrazu wiele rzeczy, które w przeszłości uważano za niemożliwe, staje się rzeczywistością.
