Elektronenmicroscooptechniek bereikt een resolutie van minder dan Ångström met lagere kosten en energie

Een team van onderzoekers aan de Universiteit van Victoria (UVic) heeft een vooruitgang geboekt op het gebied van elektronenmicroscopie, waardoor wetenschappers structuren op atomaire schaal met ongekende helderheid kunnen visualiseren met behulp van goedkopere en energiezuinigere microscopen dan ooit tevoren.

Onder leiding van Arthur Blackburn, mededirecteur van de Advanced Microscopy Facility van UVic, ontwikkelde het team een ​​nieuwe beeldvormingstechniek waarmee ze een resolutie van minder dan Ångström konden bereiken met behulp van een compacte, energiezuinige scanning-elektronenmicroscoop (SEM) – een prestatie die voorheen alleen mogelijk was met een grote, dure transmissie-elektronenmicroscoop (TEM).

Het onderzoek, gepubliceerd in Natuurcommunicatieopent de deur naar beter toegankelijke microscopie voor laboratoria over de hele wereld. De nieuwe techniek maakt beelden op atomaire schaal met hoge resolutie mogelijk zonder de voorheen onbetaalbare kosten, ruimte en personeelsvereisten.

De doorbraak werd mogelijk gemaakt door een techniek toe te passen die ptychografie wordt genoemd en die overlappende patronen van verstrooide elektronen gebruikt om een ​​zeer gedetailleerd beeld van een monster op te bouwen.

Met behulp van deze techniek kon het team een ​​resolutie bereiken van slechts 0,67 Ångström – minder dan de grootte van een atoom en 1/10.000 van de breedte van een mensenhaar – met behulp van een energiezuinige straal op een SEM. Voorheen vereiste het bereiken van een resolutie van minder dan Ångström een ​​hoogenergetische straal en een TEM.

“Dit werk laat zien dat beeldvorming met hoge resolutie niet afhankelijk hoeft te zijn van dure, complexe apparatuur. We hebben aangetoond dat een relatief eenvoudige SEM, in combinatie met geavanceerde computertechnieken, een resolutie kan bereiken die traditionele methoden kan evenaren of zelfs overtreffen”, zegt Blackburn, Hitachi High-Tech Canada Research Chair in Advanced Electron Microscopy.

“Dit zou transformatief kunnen zijn voor gebieden als materiaalkunde, nanotechnologie en structurele biologie.

“De vooruitgang zal het meest onmiddellijk ten goede komen aan het onderzoek en de productie van 2D-materialen, die veelbelovend zijn in de ontwikkeling van de volgende generatie elektronica. Op de lange termijn zou het ook kunnen helpen bij het bepalen van de structuur van kleine eiwitten, wat zou leiden tot vooruitgang in het onderzoek naar gezondheid en ziekten.”