Tren Pengembangan Mikroskop Elektron Generasi Baru
1. Mikroskop elektron senjata emisi lapangan berkinerja tinggi semakin populer dan diterapkan. Mikroskop elektron transmisi pistol emisi lapangan dapat memberikan kecerahan tinggi dan sumber cahaya elektron koherensi tinggi. Oleh karena itu, susunan atom dan jenis bahan dapat dianalisis secara komprehensif pada skala atom-nanometer. Pada pertengahan-1990s, hanya ada beberapa lusin unit di Taiwan; sekarang telah melonjak menjadi ribuan. Saat ini, ada lebih dari seratus mikroskop elektron transmisi senjata emisi lapangan di negara kita. Filamen tungsten panas konvensional (elektron) pistol pemindaian mikroskop elektron hanya dapat mencapai resolusi tertinggi 3.0nm; generasi baru mikroskop elektron pemindaian senjata emisi lapangan dapat memiliki resolusi lebih baik dari 1.0nm; Resolusi setinggi 0.5nm-0.4nm. Di antara mereka, mikroskop elektron pemindaian lingkungan dapat mencapai: kondisi "lingkungan" nyata, sampel dapat diamati di bawah kondisi kelembaban 100 persen; sampel biologis dan sampel non-konduktif tidak perlu dilapisi, dan dapat langsung di mesin untuk pengamatan dan analisis dinamis; Tiga penggunaan mesin". Tiga mode kerja vakum tinggi, vakum rendah dan "ambien".
2. Upaya harus dilakukan untuk mengembangkan generasi baru monokromator dan korektor aberasi sferis untuk lebih meningkatkan resolusi mikroskop elektron. Koefisien penyimpangan bola: koefisien penyimpangan bola Cs dari mikroskop elektron transmisi konvensional adalah sekitar mm; koefisien aberasi bola dari mikroskop elektron transmisi saat ini telah direduksi menjadi 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 menuju komputerisasi dan jaringan. Dalam hal instrumen dan peralatan, sistem operasi mikroskop elektron pemindaian saat ini telah menggunakan antarmuka operasi yang benar-benar baru. Pengguna hanya perlu menekan mouse untuk mewujudkan kontrol laras lensa mikroskop elektron dan komponen listrik, serta memori otomatis dan penyesuaian berbagai parameter. Di antara wilayah yang berbeda, demonstrasi seperti memindahkan sampel, mengubah mode pencitraan, dan menyesuaikan parameter mikroskop elektron dapat dilakukan melalui sistem jaringan. Untuk mewujudkan remote control mikroskop elektron.
4. Pentingnya penerapan mikroskop elektron dalam kajian nanomaterial. Karena akurasi analisis mikroskop elektron dekat dengan skala atom, menggunakan mikroskop elektron transmisi senjata emisi lapangan dan berkas elektron dengan diameter 0.13nm tidak hanya dapat mengumpulkan gambar Z-contrast dari satu atom, tetapi juga mengumpulkan energi elektron dari spektrum kehilangan atom tunggal. Artinya, mikroskop elektron secara bersamaan dapat memperoleh informasi struktur atom dan elektronik bahan pada skala atom. Mengamati gambar atom individu dalam sampel selalu menjadi pengejaran jangka panjang komunitas ilmiah. Diameter atom adalah sekitar 2-3mm dalam 10 sepersejuta. Oleh karena itu, untuk membedakan posisi setiap atom, diperlukan mikroskop elektron dengan resolusi sekitar 0.1nm, dan harus diperbesar sekitar 10 juta kali. Diperkirakan bahwa ketika skala material direduksi menjadi skala nano, sifat optik, listrik, dan sifat fisik dan mekanik material lainnya mungkin unik. Oleh karena itu, persiapan bahan nano seperti partikel nano, tabung nano, dan kawat nano, serta penelitian tentang hubungan antara struktur dan sifat mereka telah menjadi pusat penelitian yang menjadi perhatian banyak orang. Menggunakan mikroskop elektron, umumnya pada mikroskop elektron transmisi dengan senjata emisi medan vakum ultra-tinggi di atas 200KV, gambar mikroskop elektron beresolusi tinggi dari nanofase dan kawat nano, pola difraksi elektron dan spektrum kehilangan energi elektron dari bahan nano dapat diamati. Misalnya, tabung nano karbon dengan diameter dalam 0,4 nm, nanorod Si-CN, dan kawat nano semikonduktor Si yang didoping Li diamati pada mikroskop elektron. Di bidang biomedis, teknologi emas nano-koloid, kapsul perawatan kesehatan nano-selenium, struktur organel tingkat nano, dan robot nano yang dapat sekecil bakteri, memantau konsentrasi darah dalam pembuluh darah, dan menghilangkan gumpalan darah dalam darah kapal dapat dikatakan semua penelitian. Tidak terlepas dari alat mikroskop elektron. Singkatnya: SEM dan TEM menjadi semakin penting dalam ilmu material, khususnya nanoteknologi. Peningkatan stabilitas dan pengoperasian membuat mikroskop elektron tidak lagi menjadi instrumen yang digunakan oleh beberapa ahli, tetapi menjadi alat yang populer; resolusi yang lebih tinggi masih merupakan arah yang paling penting untuk pengembangan mikroskop elektron; penerapan pemindaian mikroskop elektron dan mikroskop elektron transmisi telah berubah dari karakterisasi dan Analisis telah berkembang menjadi eksperimen in-situ dan pemrosesan nano-visible; Focused ion beam (FIB) semakin banyak digunakan dalam penelitian ilmiah material nano; Alat paling ampuh untuk nanoprototyping; tujuan korektif STEM (Titan): karakterisasi struktur 3D pada resolusi 0,5Å pada tahun 2008.
5. Mikroskopi cryo-elektron dan teknologi rekonstruksi tiga dimensi adalah hotspot penelitian terkini dalam mikroskop bioelektron. Teknologi mikroskop cryo-elektron dan teknologi rekonstruksi tiga dimensi adalah hotspot penelitian saat ini dalam mikroskop bio-elektron. Ini terutama membahas penggunaan mikroskop cryo-elektron (yang juga mencakup penerapan mikroskop cryo-elektron pada tahap dingin helium cair) dan teknologi rekonstruksi gambar tiga dimensi komputer untuk menentukan struktur tiga dimensi makromolekul biologis dan kompleksnya. Seperti penggunaan mikroskop cryo-elektron untuk menentukan struktur tiga dimensi virus dan pertumbuhan kristal protein membran dua dimensi pada membran lipid monolayer serta pengamatan dan analisis mikroskop elektronnya. Biologi struktural telah membangkitkan perhatian tinggi orang saat ini, karena melihat dunia biologis dari sudut pandang sistemik, ia memiliki struktur hierarki yang berbeda: biomakromolekul individu ® organ ® jaringan ® sel ®. Meskipun biomakromolekul berada pada level terendah, mereka menentukan perbedaan antara sistem level tinggi. Struktur tiga dimensi menentukan fungsi. Struktur adalah dasar aplikasi: desain obat, modifikasi genetik, penelitian dan pengembangan vaksin, konstruksi protein buatan, dll. Beberapa orang memperkirakan bahwa terobosan dalam biologi struktural akan membawa perubahan revolusioner pada biologi. Mikroskop elektron adalah salah satu cara penting untuk menentukan struktur. Keuntungan dari mikroskop elektron suhu rendah adalah: sampel dalam keadaan mengandung air, dan molekul dalam keadaan alami; karena sampel rusak oleh radiasi, teknik dosis rendah harus digunakan untuk pengamatan; suhu pengamatan rendah, yang meningkatkan ketahanan radiasi sampel; Sampel dapat dibekukan dalam berbagai keadaan untuk mengamati perubahan struktur molekul. Melalui teknik tersebut, hasil pengamatan dan analisis berbagai sampel biologis lebih mendekati keadaan sebenarnya.
6. Kamera CCD berkinerja tinggi menjadi semakin populer. Keuntungan CCD yang digunakan dalam mikroskop elektron adalah sensitivitas tinggi, noise rendah, dan rasio signal-to-noise yang tinggi. Di bawah piksel yang sama, pencitraan CCD seringkali memiliki transparansi dan ketajaman yang baik, dan reproduksi warna serta eksposur dapat dijamin pada dasarnya akurat. Resolusi gambar/resolusi kamera adalah berapa piksel yang sering kita katakan. Dalam aplikasi praktis, kamera Semakin tinggi pikselnya, semakin baik kualitas gambar yang ditangkap. Untuk gambar yang sama, semakin tinggi pikselnya, semakin kuat kemampuan menganalisis gambar tersebut, tetapi jumlah data yang direkamnya akan jauh lebih besar, sehingga kebutuhan perangkat penyimpanan jauh lebih tinggi. Di bidang TEM saat ini, produk yang baru dikembangkan sepenuhnya dikendalikan oleh komputer, dan akuisisi gambar diselesaikan dengan kamera CCD beresolusi tinggi, bukan film fotografi. Tren teknologi digital mendorong revolusi aplikasi TEM dan bahkan seluruh pekerjaan laboratorium dari semua aspek. Terutama dalam hal perangkat lunak pengolah gambar, banyak hal yang dianggap mustahil di masa lalu menjadi kenyataan.
