Trend Perkembangan Mikroskop Elektron Generasi Baharu
1. Mikroskop elektron senapang pelepasan medan berprestasi tinggi semakin popular dan digunakan. Mikroskop elektron penghantaran senjata api medan boleh memberikan kecerahan tinggi dan sumber cahaya elektron koheren tinggi. Oleh itu, susunan atom dan jenis bahan boleh dianalisis secara menyeluruh pada skala nanometer atom. Pada pertengahan-1990, terdapat hanya beberapa dozen unit di Taiwan; kini ia telah melonjak sehingga ribuan. Pada masa ini, terdapat lebih daripada seratus mikroskop elektron penghantaran pistol pelepasan medan di negara kita. Mikroskop elektron pengimbas senapang tungsten panas (elektron) konvensional hanya boleh mencapai resolusi 3.0nm pada yang tertinggi; mikroskop elektron pengimbasan senapang pelepasan medan generasi baharu boleh mempunyai resolusi yang lebih baik daripada 1.0nm; Peleraian setinggi 0.5nm-0.4nm. Antaranya, mikroskop elektron pengimbasan alam sekitar boleh mencapai: keadaan "persekitaran" sebenar, sampel boleh diperhatikan di bawah 100 peratus keadaan kelembapan; sampel biologi dan sampel bukan konduktif tidak perlu disalut, dan boleh terus pada mesin untuk pemerhatian dan analisis dinamik; Tiga kegunaan mesin". Tiga mod kerja vakum tinggi, vakum rendah dan "ambien".
2. Usaha perlu dibuat untuk membangunkan generasi baru monokromator dan pembetulan penyimpangan sfera untuk meningkatkan lagi resolusi mikroskop elektron. Pekali aberasi sfera: pekali aberasi sfera Cs mikroskop elektron penghantaran konvensional ialah kira-kira mm; pekali aberasi sfera mikroskop elektron penghantaran semasa telah dikurangkan kepada 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. Analisis mikroskop elektron bergerak ke arah pengkomputeran dan rangkaian. Dari segi instrumen dan peralatan, sistem pengendalian semasa mikroskop elektron pengimbasan telah menggunakan antara muka operasi yang serba baharu. Pengguna hanya perlu menekan tetikus untuk merealisasikan kawalan laras kanta mikroskop elektron dan bahagian elektrik, serta memori automatik dan pelarasan pelbagai parameter. Di antara kawasan yang berbeza, demonstrasi seperti memindahkan sampel, menukar mod pengimejan dan melaraskan parameter mikroskop elektron boleh dilakukan melalui sistem rangkaian. Untuk merealisasikan kawalan jauh mikroskop elektron.
4. Aplikasi penting mikroskop elektron dalam kajian bahan nano. Memandangkan ketepatan analisis mikroskop elektron adalah hampir dengan skala atom, menggunakan mikroskop elektron penghantaran senapang pelepasan medan dan rasuk elektron dengan diameter 0.13nm bukan sahaja boleh mengumpul imej kontras-Z bagi satu atom, tetapi juga mengumpul tenaga elektron daripada spektrum kehilangan atom tunggal. Iaitu, mikroskop elektron secara serentak boleh mendapatkan maklumat struktur atom dan elektronik bahan pada skala atom. Memerhati imej atom individu dalam sampel sentiasa menjadi usaha jangka panjang komuniti saintifik. Diameter atom ialah kira-kira 2-3mm dalam 10 persejuta. Oleh itu, untuk membezakan kedudukan setiap atom, mikroskop elektron dengan resolusi kira-kira 0.1nm diperlukan dan ia mesti dibesarkan kira-kira 10 juta kali. Adalah diramalkan bahawa apabila skala bahan dikurangkan kepada skala nano, sifat optik, elektrik dan lain-lain fizikal dan mekanikal bahan mungkin unik. Oleh itu, penyediaan bahan nano seperti nanopartikel, tiub nano, dan wayar nano, serta penyelidikan tentang hubungan antara struktur dan sifatnya telah menjadi tumpuan penyelidikan yang telah diberi perhatian oleh orang ramai. Menggunakan mikroskop elektron, secara amnya pada mikroskop elektron penghantaran dengan senapang pelepasan medan vakum ultra tinggi melebihi 200KV, imej mikroskop elektron resolusi tinggi nanofasa dan wayar nano, corak pembelauan elektron dan spektrum kehilangan tenaga elektron bagi bahan nano boleh diperhatikan. Sebagai contoh, tiub nano karbon dengan diameter dalam 0.4nm, nanorod Si-CN, dan wayar nano semikonduktor Si-doped Li diperhatikan pada mikroskop elektron. Dalam bidang bioperubatan, teknologi emas nano-koloid, kapsul penjagaan kesihatan nano-selenium, struktur organel peringkat nano, dan robot nano yang boleh sekecil bakteria, memantau kepekatan darah dalam saluran darah, dan mengeluarkan bekuan darah dalam darah kapal boleh dikatakan semua penyelidikan. Tidak boleh dipisahkan daripada mikroskop elektron alat. Ringkasnya: SEM dan TEM menjadi semakin penting dalam sains bahan, terutamanya nanoteknologi. Peningkatan kestabilan dan kebolehkendalian menjadikan mikroskop elektron bukan lagi alat yang digunakan oleh segelintir pakar, tetapi alat yang popular; resolusi yang lebih tinggi masih merupakan arah yang paling penting untuk pembangunan mikroskop elektron; penggunaan mikroskop elektron pengimbasan dan mikroskop elektron penghantaran telah berubah daripada pencirian dan Analisis telah dibangunkan kepada eksperimen in-situ dan pemprosesan boleh dilihat nano; Rasuk ion terfokus (FIB) telah digunakan semakin banyak dalam penyelidikan saintifik bahan nano; Alat yang paling berkuasa untuk nanoprototaip; matlamat pembetulan STEM (Titan): pencirian struktur 3D pada resolusi 0.5Å pada tahun 2008.
5. Mikroskopi cryo-elektron dan teknologi pembinaan semula tiga dimensi ialah titik panas penyelidikan semasa dalam mikroskop bioelektron. Teknologi mikroskopi cryo-elektron dan teknologi pembinaan semula tiga dimensi ialah titik panas penyelidikan semasa dalam mikroskop bio-elektron. Ia terutamanya membincangkan penggunaan mikroskopi cryo-elektron (yang turut merangkumi penggunaan mikroskopi cryo-elektron pada peringkat sejuk helium cecair) dan teknologi pembinaan semula imej tiga dimensi komputer untuk menentukan struktur biologi tiga dimensi makromolekul dan kompleksnya. Seperti penggunaan mikroskop cryo-elektron untuk menentukan struktur tiga dimensi virus dan pertumbuhan kristal dua dimensi protein membran pada membran lipid monolayer dan pemerhatian dan analisis mikroskop elektron mereka. Biologi struktur telah membangkitkan perhatian tinggi orang ramai pada masa kini, kerana melihat dunia biologi dari sudut pandangan sistemik, ia mempunyai struktur hierarki yang berbeza: individu ® organ ® tisu ® sel ® biomakromolekul. Walaupun biomakromolekul berada pada tahap paling rendah, ia menentukan perbezaan antara sistem peringkat tinggi. Struktur tiga dimensi menentukan fungsi. Struktur adalah asas aplikasi: reka bentuk ubat, pengubahsuaian genetik, penyelidikan dan pembangunan vaksin, pembinaan protein buatan, dll. Sesetengah orang meramalkan bahawa penemuan dalam biologi struktur akan membawa perubahan revolusioner kepada biologi. Mikroskopi elektron adalah salah satu cara penting dalam penentuan struktur. Kelebihan mikroskop elektron suhu rendah ialah: sampel berada dalam keadaan mengandungi air, dan molekul berada dalam keadaan semula jadi; kerana sampel rosak oleh sinaran, teknik dos rendah mesti digunakan untuk pemerhatian; suhu pemerhatian adalah rendah, yang meningkatkan rintangan sinaran sampel; Sampel boleh dibekukan dalam keadaan berbeza untuk melihat perubahan dalam struktur molekul. Melalui teknik ini, hasil pemerhatian dan analisis pelbagai sampel biologi lebih hampir kepada keadaan sebenar.
6. Kamera CCD berprestasi tinggi semakin popular. Kelebihan CCD yang digunakan dalam mikroskop elektron ialah kepekaan tinggi, hingar rendah, dan nisbah isyarat-ke-bunyi yang tinggi. Di bawah piksel yang sama, pengimejan CCD selalunya mempunyai ketelusan dan ketajaman yang baik, dan pembiakan dan pendedahan warna boleh dijamin pada asasnya tepat. Resolusi imej/resolusi kamera ialah bilangan piksel yang sering kita sebut. Dalam aplikasi praktikal, kamera Semakin tinggi piksel, semakin baik kualiti imej yang ditangkap. Untuk gambar yang sama, semakin tinggi piksel, semakin kuat keupayaan untuk menganalisis imej, tetapi jumlah data yang direkodkan akan menjadi lebih besar, jadi keperluan peranti storan adalah lebih tinggi. Dalam bidang TEM hari ini, produk yang baru dibangunkan dikawal sepenuhnya oleh komputer, dan pemerolehan imej diselesaikan oleh kamera CCD resolusi tinggi dan bukannya filem fotografi. Trend teknologi digital memacu revolusi aplikasi TEM malah keseluruhan kerja makmal dari semua aspek. Lebih-lebih lagi dari segi perisian pemprosesan imej, banyak perkara yang dianggap mustahil sebelum ini menjadi kenyataan.
