과학자들은 이미징 논리를 재구상하여 현미경 검사법에 혁명을 일으켰습니다.

더블린 트리니티 칼리지(Trinity College Dublin)가 이끄는 국제 과학자 팀은 필요한 시간과 방사선을 크게 줄이는 최첨단 현미경을 사용하여 혁신적인 이미징 방법을 고안했습니다. 그들의 연구는 특히 손상에 취약한 생물학적 조직과 같은 민감한 물질에 대한 향상된 이미징을 제공할 수 있는 방법이므로 재료 과학에서 의학에 이르기까지 여러 분야에 도움이 될 중요한 혁신을 나타냅니다.

현재 주사투과전자현미경(STEM)은 시료 전체에 고도로 집중된 전자 빔을 지시하여 지점별로 이미지를 구축합니다. 일반적으로 각 지점에서 빔은 미리 정의된 고정된 시간 동안 멈추고 신호를 축적하기 위해 일시 ​​중지됩니다. 사진 필름을 사용하는 카메라와 마찬가지로 이는 이미지 영역의 특징에 관계없이 어디에서나 일정한 노출 시간으로 이미지를 생성합니다. 전자는 각 픽셀의 소위 "체류 시간"이 지날 때까지 계속해서 샘플 위에 떨어집니다. 기존 접근 방식은 구현이 간단하지만 과도한 손상을 주는 방사선을 사용하면 시료가 변형되거나 파괴될 위험이 있습니다.

그러나 새로운 방법은 이미징의 기본 논리를 재검토하여 기본 접근 방식에 혁명을 일으켰습니다. 고정된 시간 동안 관찰하고 감지된 "이벤트" 수를 측정하는 대신(전자가 샘플의 여러 부분에서 산란되어 이미지를 구축함에 따라) 팀은 소요되는 다양한 시간을 측정하는 이벤트 기반 감지 시스템을 개발했습니다. 설정된 수의 이벤트를 감지합니다.

두 접근법 모두 동등한 "검출 속도" 이미지 대비를 제공할 수 있지만 결정적으로 그들의 접근 방식 뒤에 있는 새로운 수학적 이론은 각 프로빙 위치에서 검출된 첫 번째 전자가 이미지 구축에 많은 정보를 제공하지만 후속 전자가 동일한 지점에 도달하면 다음을 제공한다는 것을 보여줍니다. 정보의 회수율이 급격히 감소합니다. 그리고 표본의 모든 전자는 동일한 손상 위험을 가져옵니다.

본질적으로 새로운 방법은 이미징 효율이 최고조에 달할 때 조명을 "차단"할 수 있음을 의미하며, 유사하거나 더 나은 품질의 이미지를 구축하는 데 더 적은 전자가 필요합니다.

그러나 이론만으로는 방사선 감소 모드를 제공할 수 없습니다. 이를 실현하기 위해 팀은 IDES Ltd.와 공동으로 기술(Tempo STEM) 특허를 취득했습니다. 이 기술은 하이테크 "빔 블랭커"를 결합하여 각 측정 지점에서 원하는 정밀도에 도달하면 빔을 차단합니다. 샘플이 달성되었습니다.

더블린 트리니티 칼리지 물리학과의 어셔 조교수이자 왕립학회-과학재단 아일랜드 대학 연구원이자 SFI 첨단 재료 및 생명공학 연구 센터인 AMBER의 연구 조사관인 Lewys Jones 박사가 연구 논문 뒤에 있는 팀을 이끌었습니다. 최근 선도적인 국제 저널 사이언스(Science)에 게재되었습니다.

그는 "이미 두 가지 최첨단 기술을 이렇게 흥미로운 방식으로 결합하면 현미경 성능이 크게 향상됩니다. 현미경 전문가에게 전자빔을 켜고 끌 수 있는 능력을 부여하는 것입니다."라고 말했습니다. 실시간 이벤트에 응답하는 나노초 단위의 응답은 이전에 수행된 적이 없습니다.

"우리의 접근 방식은 고품질 이미지를 생성하는 데 필요한 전체 방사선량을 줄이고, 수익 감소만을 제공하는 과도한 방사선량을 제거하며, 샘플에 불필요한 손상을 입히는 것을 방지합니다."

이 연구의 첫 번째 저자는 Trinity 박사인 Jon Peters입니다. 그는 "우리는 방사선의 관점에서 전자를 상대적으로 약하다고 생각하는 경향이 있지만 전자가 작은 생물학적 샘플에 광속의 약 75% 속도로 발사되면 전자가 샘플을 손상시키는 것은 놀라운 일이 아닙니다."라고 말했습니다. 얻은 이미지는 사용할 수 없거나 더 나쁘게는 오해의 소지가 있을 수 있기 때문에 현미경 검사의 주요 문제였습니다. 이는 향후 배터리 재료나 촉매 개발에 대한 결정을 내려야 하는 경우 분명히 문제가 됩니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240801142229.htm