Trend razvoja elektronskog mikroskopa nove generacije
1. Elektronski mikroskopi visokih performansi s puškom u polju su sve popularniji i primijenjeni. Elektronski mikroskop za transmisionu pušku za emitovanje polja može da obezbedi visoku osvetljenost i visoku koherentnost elektronskog izvora svetlosti. Stoga se atomski raspored i vrste materijala mogu sveobuhvatno analizirati na atomsko-nanometarskoj skali. Sredinom -1990 na Tajvanu je bilo samo nekoliko desetina jedinica; sada je skočio na hiljade. Trenutno u našoj zemlji postoji više od stotinu transmisionih elektronskih mikroskopa sa puškom. Konvencionalni elektronski mikroskopi za skeniranje s vrućim volframovim vlaknom (elektronskim) pištoljem mogu doseći rezoluciju od najviše 3.0nm; nova generacija skenirajućih elektronskih mikroskopa sa puškom za polje emisije može imati rezoluciju bolju od 1.0nm; Rezolucija je čak 0.5nm-0.4nm. Među njima, skenirajući elektronski mikroskop okoline može postići: stvarne "okolišne" uslove, uzorci se mogu posmatrati pod uslovima vlažnosti od 100 posto; biološki uzorci i neprovodni uzorci ne moraju biti premazani, i mogu biti direktno na mašini za dinamičko posmatranje i analizu; Tri upotrebe mašine". Tri režima rada visoki vakuum, niski vakuum i "ambijentalni".
2. Treba uložiti napore da se razvije nova generacija monohromatora i korektora sfernih aberacija kako bi se dodatno poboljšala rezolucija elektronskih mikroskopa. Koeficijent sferne aberacije: koeficijent sferne aberacije Cs kod konvencionalnog transmisionog elektronskog mikroskopa je oko mm; koeficijent sferne aberacije elektronskog mikroskopa za prenos struje smanjen je na 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. Analiza elektronskim mikroskopom se kreće ka kompjuterizaciji i umrežavanju. Što se tiče instrumenata i opreme, trenutni operativni sistem skenirajućeg elektronskog mikroskopa koristi potpuno novi operativni interfejs. Korisnik treba samo da pritisne miš da bi ostvario kontrolu nad cijevi sočiva elektronskog mikroskopa i električnim dijelovima, kao i automatsko memorisanje i podešavanje različitih parametara. Između različitih regiona, demonstracije kao što su pomeranje uzoraka, promena načina snimanja i podešavanje parametara elektronskog mikroskopa mogu se izvoditi kroz mrežni sistem. Da bi se realizovalo daljinsko upravljanje elektronskim mikroskopom.
4. Važna primjena elektronskog mikroskopa u proučavanju nanomaterijala. Budući da je tačnost analize elektronskog mikroskopa bliska atomskoj skali, korišćenjem elektronskog mikroskopa za transmisionu pušku za emitovanje polja i elektronskog snopa prečnika 0.13nm ne može se prikupiti samo slika Z-kontrasta jedne atoma, ali i prikupljaju energiju elektrona spektra gubitka jednog atoma. To jest, elektronski mikroskop može istovremeno dobiti informacije o atomskoj i elektronskoj strukturi materijala na atomskoj skali. Posmatranje pojedinačnih atomskih slika u uzorcima oduvijek je bila dugoročna potraga naučne zajednice. Promjer atoma je oko 2-3mm u 10 milionitim dijelovima. Stoga, da bi se razlikovao položaj svakog atoma, potreban je elektronski mikroskop sa rezolucijom od oko 0.1nm, i mora biti uvećan oko 10 milion puta. Predviđeno je da kada se skala materijala svede na nanoskalu, optička, električna i druga fizička i mehanička svojstva materijala mogu biti jedinstvena. Stoga su priprema nanomaterijala kao što su nanočestice, nanocijevi i nanožice, kao i istraživanje odnosa između njihovih struktura i svojstava postali žarište istraživanja na koje ljudi obraćaju veliku pažnju. Korištenjem elektronskog mikroskopa, općenito na transmisionom elektronskom mikroskopu s ultra-visokim vakuumskim emisionim pištoljem iznad 200KV, mogu se promatrati slike nanofaza i nanožica na elektronskom mikroskopu visoke rezolucije, obrasci elektronske difrakcije i spektri gubitka energije elektrona nanomaterijala. Na primjer, ugljične nanocijevi s unutrašnjim prečnikom od 0,4 nm, Si-CN nanošipke i Li-dopirane Si poluvodičke nanožice su uočene na elektronskom mikroskopu. U području biomedicine, tehnologija nano-koloidnog zlata, nano-selenske kapsule za zdravstvenu njegu, strukture organela na nano nivou i nano-roboti koji mogu biti mali poput bakterija, prate koncentraciju krvi u krvnim žilama i uklanjaju krvne ugruške u krvi za plovila se može reći da su sva istraživanja. Neodvojiv od alatnog elektronskog mikroskopa. Ukratko: SEM i TEM postaju sve važniji u nauci o materijalima, posebno u nanotehnologiji. Poboljšanje stabilnosti i operabilnosti čini da elektronski mikroskop više nije instrument koji koristi nekolicina stručnjaka, već popularan alat; viša rezolucija je i dalje najvažniji pravac za razvoj elektronskog mikroskopa; primjena skenirajućeg elektronskog mikroskopa i transmisionog elektronskog mikroskopa promijenila se od karakterizacije i analize se razvila do in situ eksperimenata i nano-vidljive obrade; Fokusirani jonski snop (FIB) se sve više koristi u naučnim istraživanjima nanomaterijala; Najmoćniji alat za izradu nanoprototipa; cilj korektivnog STEM (Titan): karakterizacija 3D strukture pri rezoluciji 0,5Å 2008. godine.
5. Krioelektronska mikroskopija i tehnologija trodimenzionalne rekonstrukcije su trenutna žarišta istraživanja u bioelektronskoj mikroskopiji. Tehnologija krio-elektronske mikroskopije i tehnologija trodimenzionalne rekonstrukcije trenutna su žarišta istraživanja u bioelektronskoj mikroskopiji. Uglavnom se govori o upotrebi krio-elektronske mikroskopije (koja također uključuje primjenu krio-elektronske mikroskopije na hladnom stupnju s tekućim helijem) i kompjuterskoj tehnologiji trodimenzionalne rekonstrukcije slike za određivanje biološke trodimenzionalne strukture makromolekula i njihovih kompleksa. Kao što je upotreba krio-elektronske mikroskopije za određivanje trodimenzionalne strukture virusa i rast dvodimenzionalnih kristala membranskih proteina na jednoslojnim lipidnim membranama i njihovo posmatranje i analiza elektronskim mikroskopom. Strukturna biologija danas je izazvala veliku pažnju ljudi, jer gledajući na biološki svijet sa sistemske tačke gledišta, ima različite hijerarhijske strukture: individualni ® organ ® tkivo ® ćelija ® biomakromolekula. Iako su biomakromolekuli na najnižem nivou, oni određuju razlike između sistema visokog nivoa. Trodimenzionalna struktura određuje funkciju. Struktura je osnova primjene: dizajn lijekova, genetska modifikacija, istraživanje i razvoj vakcine, umjetna konstrukcija proteina, itd. Neki ljudi predviđaju da će proboj u strukturnoj biologiji donijeti revolucionarne promjene u biologiju. Elektronska mikroskopija je jedno od važnih sredstava za određivanje strukture. Prednosti niskotemperaturne elektronske mikroskopije su: uzorak je u stanju koje sadrži vodu, a molekuli su u prirodnom stanju; jer je uzorak oštećen radijacijom, za posmatranje se mora koristiti tehnika male doze; temperatura posmatranja je niska, što povećava otpornost uzorka na zračenje; Uzorci se mogu zamrznuti u različitim stanjima kako bi se uočile promjene u molekularnim strukturama. Kroz ove tehnike, rezultati posmatranja i analize različitih bioloških uzoraka su bliži stvarnom stanju.
6. CCD kamere visokih performansi postaju sve popularnije. Prednosti CCD-a koji se koriste u elektronskim mikroskopima su visoka osjetljivost, nizak šum i visok omjer signal-šum. Pod istim pikselom, CCD slika često ima dobru prozirnost i oštrinu, a reprodukcija boja i ekspozicija mogu biti u osnovi tačni. Rezolucija slike/rezolucija kamere je koliko piksela često kažemo. U praktičnim primenama, kamera Što su veći pikseli, to je bolji kvalitet snimljene slike. Za istu sliku, što su veći pikseli, to je jača mogućnost analize slike, ali će količina podataka koju snima biti mnogo veća, pa su zahtjevi za uređajem za pohranu mnogo veći. U današnjem području TEM-a, novorazvijeni proizvodi su potpuno kompjuterski kontrolisani, a akviziciju slike dovršava CCD kamera visoke rezolucije umjesto fotografskog filma. Trend digitalne tehnologije pokreće revoluciju TEM primjene, pa čak i cjelokupnog laboratorijskog rada sa svih aspekata. Naročito u pogledu softvera za obradu slika, mnoge stvari koje su se u prošlosti smatrale nemogućim postaju stvarnost.
