Forskare vid Delfts tekniska högskola (TU Delft) har utvecklat ett smart knep och ökat hastigheten på elektronmikroskopavbildning med en faktor 20. En enkel justering är allt som behövs:att lägga en spänning på provhållaren. Genom detta enkla ingripande, ett prov som normalt skulle ta ett elektronmikroskop en vecka att avbilda kan nu inspekteras på en enda natt eller en arbetsdag.

Elektronmikroskop är oöverträffade när det kommer till avbildning i den allra minsta skalan. Till skillnad från ett optiskt mikroskop som fångar ljuspartiklar, svepelektronmikroskopet (SEM) skjuter en elektronstråle mot provet – till exempel, en tunn skiva vävnad. Elektronerna i strålen sprids i vävnaden, varpå de spridda elektronerna fångas upp av en sensor. Sedan skapar en dator en bild baserat på hur många elektroner som är utspridda vid varje position strålen skannar.

En mödosam uppgift

Elektronmikroskop kan förstora objekt upp till en miljon gånger, gör att du kan undersöka strukturen av vävnaden eller annat material på nästan molekylär nivå. Men eftersom enheten fungerar så detaljerat, det är en verkligt mödosam uppgift att kartlägga små föremål. "Som en del av forskningen om diabetes, till exempel, vi arbetar tillsammans med forskare från UMC Groningen för att skapa bilder av de insulinproducerande öarna i Langerhans i bukspottkörteln, ", säger TU Delft-forskaren Jacob Hoogenboom. "Att skapa en fullständig bild av bara en bit vävnad av en bukspottkörtel från en råtta tar cirka en veckas mätningar."

Hoogenbooms forskargrupp, som arbetar med att förbättra optiska mikroskop och elektronmikroskop, har nu kommit på ett smart knep för att påskynda denna process med en faktor tjugo. "Genom att applicera en spänning på provhållaren kan vi sakta ner de inkommande elektronerna samtidigt som vi accelererar de utgående elektronerna, " förklarar han. "Denna acceleration innebär att elektronerna träffar detektorn med mer energi så att de genererar mer signal och därmed överväldigande elektronikbrus och skottbrus och gör att enheten kan mäta mer effektivt."

Potential

Forskarna kom på denna idé genom en annan, grundläggande, forskningsrojekt. I den här forskningen försöker de räkna ut vilka kemiska reaktioner elektronerna går in i med materialet de skannar, vid olika energier. "Syftet är att begränsa dessa reaktioner så mycket som möjligt, eftersom du inte vill att det du skannar ska ändras medan du skannar det, " säger Hoogenboom. "För att justera energin hos elektronerna, vi experimenterade också med att applicera en elektrisk potential på provet. Vi diskuterade detta sinsemellan när vi insåg att vi också kunde använda en sådan potential för att spara tid samtidigt som vi skapar en bild."

Det fantastiska med detta TU Delft-trick är att det inte kräver några komplicerade justeringar:alla med ett svepelektronmikroskop kan använda det. Hoogenboom:"I de flesta elektronmikroskop är det redan möjligt att lägga en spänning på provhållaren. Normalt använder människor detta alternativ för att separera spridda högenergielektroner från de med låg energi, så du har bara den användbara signalen kvar. Men hittills hade ingen insett hur mycket snabbare du kan avbilda ditt exemplar."