Nat commun：电子显微镜技术新突破

　　

生物通报道  近日来自英国谢菲尔德大学的研究人员在电子显微镜技术研发中取得革命性的突破，利用这一新技术他们生成了从所未见的高分辨率图像。相关研究论文发表在3月6日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

在过去的70年里，人们利用投射电子显微镜（TEM）来观测物体了解其内部的原子特征。然而由于成像所用的透镜相对较差，这一技术的应用长期受到限制。研究人员开发的这项称为electron ptychography的新技术摈弃了透镜，转而利用计算机将通过样品的散射电子波进行重构从而实现成像。

参与这一项目的科学家们表示他们的研究成果标志着朝“完全电子成像新时代”迈出了“第一步”。这一程序突破了基本的实验界限，被认为将转变亚原子级穿透成像。

该项目的领导者、谢菲尔德大学电子和电工程学系教授John Rodenburg说：“要想了解物质的行为机制，我们就必须先确切了解原子所在的位置。这一技术将使得我们能够看到固态物体中的原子如何从一个位置移动到另一个位置。”

Rodenburg 说：“我们已经证实该技术可以将电子透镜的分辨率提高20%，从而取得了前所未有的最高分辩率透射成像。从此TEM不再受制于透镜，这一自1933年TEM技术发明以来就一直存在的阿基里斯之踵。”

该技术适用于所有波段的显微镜，且相比于常规的方法其还具有其他一些关键的优势。例如，当使用可见光时，科学家们利用新技术无需对细胞染色，即可对活细胞进行清晰地观察成像。新技术也摆脱了透镜必须紧密靠近活性样品的要求，这意味着可透过厚容器例如培养皿或培养瓶来观测细胞。因而可使观察细胞在数天或数周内继续生长，不会受到干扰。

研究人员目前已与欧洲航天局开展合作计划将这项技术投入到太空。在2018年利用更强大的显微镜新技术来研究月亮的土壤结构。

“标准的电子或X射线显微镜成像的清晰程度比理论上要差100倍。在这项计划中，我们的最终目的是要获得三维物体内所有结构单个原子的最好图像，”Rodenburg 说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Ptychographic electron microscopy using high-angle dark-field scattering for sub-nanometre resolution imaging was published in Nature Communications on Monday 5 March 2012.

Diffractive imaging, in which image-forming optics are replaced by an inverse computation using scattered intensity data, could, in principle, realize wavelength-scale resolution in a transmission electron microscope. However, to date all implementations of this approach have suffered from various experimental restrictions. Here we demonstrate a form of diffractive imaging that unshackles the image formation process from the constraints of electron optics, improving resolution over that of the lens used by a factor of five and showing for the first time that it is possible to recover the complex exit wave (in modulus and phase) at atomic resolution, over an unlimited field of view, using low-energy (30 keV) electrons. Our method, called electron ptychography, has no fundamental experimental boundaries: further development of this proof-of-principle could revolutionize sub-atomic scale transmission imaging.