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世界上目前最強勁的科研用顯微鏡將要啟用,它是如何實現將解析度縮小到 35 皮米的?

該部掃描透射電子全息顯微鏡(STEHM)重 7 噸、高 4.5 米,解析度 35 皮米(一皮米為十的十二次方分之一米),相當於人類正常視力的 2000 萬倍,是該類顯微鏡的世界首部。此前顯微鏡最高解析度為 49 皮米,設在美國加州大學伯克利分校勞倫斯國家實驗室。日本日立公司用了一年時間在加維多利亞大學一個研究中心地下實驗室,組裝了這部超高解析度、超穩定的儀器。 via http://www.bioon.com/trends/news/578117.shtml


上次飯島澄男來我們中心做報告的時候專門提到了TEM解析度的進步,35pm確實在目前來看屬於可實現的最高解析度,這方面日美的研究人員做的比較好,偶爾有意呆利摻和。國內這個領域內的研究人員,雖然解析度不是最高的,但是做的非常有特色,畢竟從飯島澄男的研究組回來的,名字記不住了。@金晨羽的答案說的很清楚,解析度的提高主要由TEM的部分來提供,STEM可以用來提供相位信息,然後通過軟體來三位重構。

不過,既然已經組裝出來了,那麼在硬體軟體層上的突破看來是不小,真空度的要求應該也不低。日立在TEM和SEM領域的積累真是功力深厚。現在那幫搞鏡子的人喜歡整合,比如把AFM和Confocal整合,或者像這個報道裡面把HRTEM和STEM整合。這些儀器設備方面的創新,一般都是跟某個廠商合作,也就是廠商免費提供所有組裝所需要的儀器設備,但是所有的研究成果規廠商所有。


University of Victoria
主頁,有一個視頻介紹。或者看這個吧
The STEHM Microscope: Finally, Nanoscientists Can See What They"re Doing

高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM )目前最好的解析度是50pm,而此台顯微鏡的35pm 解析度也是指 HRTEM的解析度,所以這個進步只是從 50pm 到 35pm 而已,並不是從光學顯微鏡的 250nm 到 35pm啊。

至於如何實現,請先調查 HRTEM的工作原理,然後看看哪裡能改進改進一下就是了......

ps:是不是有人要問那麼這台顯微鏡為什麼起了 「掃描透射電子全息顯微鏡(STEHM)」 這樣一個酷炫的名字呢?名字說明了兩件事:

  1. 它有做 TEM 的部件,有做 STEM 的 部件,還有辦法做三維重構
  2. 這個名字可以讓媒體放在文章里嚇人

35pm 就是 0.35 埃 (?) 嘛。正如大家之前提到的,HRTEM (High Resolution Transmission Electron Microscope) 原來的記錄也有 0.5 ?, 達到 1? 的解析度就更久了。

因此這個成果仍然是改進性質的。當然解析度的提升可能在某些領域得到新的突破和進展,或者顛覆個別領域之前的觀察結果;但對大多數的研究來說,現在的電子顯微鏡解析度水平已經足以滿足了。全系也是個 Fancy 的概念而已,說白了就是拍n張照片去用軟體合成3D,和好萊塢給人體建模差不多。這一台的優勢還是解析度。

高分辨電鏡在解析度上之前一直是荷蘭的 FEI 領先,這次日本揚眉吐氣了所以要好好宣傳一下。但是 4.5m 比起常規電子顯微鏡 2—3m 的高度有點過於龐大,一般的實驗室不好組裝。感覺目前性價比不高的樣子。


新鮮乾貨——高速動態3D微納顯微,硅麥、MEMS微執行器、慣性感測器、液體透鏡結構形變

樣片採用數字全息顯微鏡DHM拍攝,成像達到了亞納米精度,成像速率可高達1000幀/秒。DHM原理:使用CCD相機記錄由參考光和物光干涉形成的全息圖,全息圖中包含了相位和振幅信息,再經由計算機進行數值運算後重建被測樣品的三維圖像,其創新之處在於僅需抓拍單張圖像而無需掃描即可獲得樣品光學形貌信息,相比傳統AFM、CLSM等有獨特優勢。


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