Визуализация на атомном уровне с беспрецедентным разрешением, используя значительно более дешёвое оборудование, чем требовалось ранее

Исследователи Университета Виктории достигли знакового прорыва в электронной микроскопии, разработав методику, которая обеспечивает визуализацию на атомном уровне с беспрецедентным разрешением, используя значительно более дешёвое оборудование, чем требовалось ранее. Команда под руководством Артура Блэкберна достигла субангстремного разрешения в 0,67 ангстрема, используя компактный сканирующий электронный микроскоп — достижение, которое до сих пор требовало дорогостоящих крупномасштабных трансмиссионных электронных микроскопов.Опубликованное на этой неделе в Nature Communications, исследование представляет собой смену парадигмы, которая может демократизировать микроскопию высокого разрешения в лабораториях по всему миру. «Эта работа показывает, что визуализация высокого разрешения не должна зависеть от дорогостоящего сложного оборудования», — сказал Блэкберн, содиректор Центра передовой микроскопии Университета Виктории и исследовательский профессор передовой электронной микроскопии Hitachi High-Tech Canada. Прорыв делает визуализацию на атомном уровне доступной без ранее непомерных затрат, требований к пространству и специализированного персонала, обычно необходимых для такой точности.

Революционная техника визуализации

Прорыв основан на птихографии — методе вычислительной визуализации, который восстанавливает детальные изображения из перекрывающихся дифракционных картин рассеянных электронов. Работая на энергетических уровнях 20 кэВ, метод достиг разрешения меньше одного атома и приблизительно 1/10 000 ширины человеческого волоса. Традиционная визуализация с разрешением менее ангстрема требовала использования высокоэнергетических пучков и трансмиссионных электронных микроскопов, стоящих значительно дороже сканирующих электронных микроскопов, использованных в данном исследовании.

Это достижение основывается на растущем импульсе применения птихографии в различных научных областях. Недавние исследования продемонстрировали потенциал птихографии для реконструкций в реальном времени и повышенной стабильности визуализации, что позиционирует прорыв UVic в контексте быстро развивающегося технологического ландшафта. Метод преодолевает ограничения разрешения, которые долгое время сдерживали электронную микроскопию, предлагая информацию как о фазе, так и об амплитуде, непосредственно интерпретируемую исследователями.

Трансформационные применения

Последствия распространяются на множество научных дисциплин, с немедленным применением в материаловедении, нанотехнологиях и структурной биологии. Блэкберн подчеркнул, что это достижение «в первую очередь принесет пользу исследованиям и производству 2D-материалов, которые перспективны для разработки электроники следующего поколения». Долгосрочные применения включают определение структур малых белков, что потенциально может ускорить исследования в области здоровья и заболеваний.

Исследование было проведено в партнерстве с Hitachi High-Tech Canada и при поддержке Совета по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады. Это сотрудничество отражает более широкие инвестиции промышленности в инновации в области электронной микроскопии: мировой рынок оценивается в 4,85 миллиарда долларов в 2025 году, а к 2034 году прогнозируется превышение 10 миллиардов долларов. Этот прорыв выводит канадские исследовательские институты на передовые позиции в области доступных микроскопических технологий, потенциально меняя подход лабораторий по всему миру к визуализации на атомном уровне.