Метод електронної томографії б'є новий рекорд
Електронна томографія є сучасним інструментом для візуалізації об'єктів на мікро- і нанорівнях, проте даний метод не дозволяє забезпечити побудову 3D-зображення на атомному рівні по ряду технічних причин. Вчені Університету Каліфорнії в Лос-Анджелесі (UCLA) заявили, що вони змогли подолати деякі технологічні обмеження, продемонструвавши новий підхід до зйомки - «рівномірно похилу томографію» (EquallySlopedTomography), що, на думку вчених, дозволить домогтися значних успіхів у дослідженні наноматеріалів, включаючи біологічні зразки.
Просвічує електронна мікроскопія (ПЕМ) являє собою потужний інструмент візуалізації об'єктів менше 0,1 мкм, який знайшов широке застосування в матеріалознавстві, нанотехнології і біології. Електронна томографія (ЕТ) є продовженням методу ПЕМ, що дозволяє отримувати докладні 3D-структури макромолекулярних об'єктів. Цей метод також використовує трансмісійний електронний мікроскоп, проте в ході зйомки пучок електронів проходить через зразок під різними кутами, обертаючись навколо його центру, що дозволяє зібрати інформацію про тривимірному зображенні об'єкта з дозволом в 5-20 нм. Методом ЕТ можливо досліджувати надмолекулярну структуру білків і поліпептидів, але його застосування недостатньо для візуалізації вторинної або третинної структури білка.
Уявлення про те, як атоми розташовані в кристалічній структурі, зіграло вирішальну роль у розвитку сучасної науки і техніки. Для виявлення 3D атомних структур вже давно використовуються стандартні кристалографічні методи, також за допомогою скануючих зондових мікроскопів можна визначити структуру поверхні на атомному рівні, за допомогою електронних мікроскопів - можна побачити деякі атоми окремо (в двовимірних проекціях кристалічних зразків).
Тим не менш, у даний час не існує прямого способу за визначенням 3D-структури на атомному рівні без попереднього знання про структуру кристалічної решітки досліджуваного зразка і прийняття допущення, що атоми строго відповідають своїм теоретичним позиціям в структурі. Вчений JianweiMiao і його колеги з Університету Каліфорнії в Лос-Анджелесі (UCLA) і Національної лабораторії Лоуренса Берклі (Lawrence Berkeley National Laboratory) говорять, що ними вже проведені перші експерименти, в яких вони можуть безпосередньо отримувати локальні 3D зображення структури, не покладаючись на апріорну інформацію про кристалічній решітці. Дослідникам вдалося спостерігати окремі атоми в деяких ділянках наночастинок золота (d = 10 нм) і виявити в них декількох зерен з просторовим дозволом всього 2,4 Å в трьох вимірах. Отримані 3D зображення поверхні і внутрішньої структури решітки узгоджуються з перекрученою ікосаедріческой структурою багаторазово здвоєних частинок. Можливість визначення структури тільки за допомогою електронної томографії є одним з найбільш значущих досягнень в цій області за останні кілька років. В інтерв'ю nanotechweb.orgJianwei Miao заявив: «Це було зроблено вперше».
Одним з основних недоліків традиційної томографії є те, що для отримання найбільш загальної структури зразки повинні бути нахилені кілька разів і зняті при кожному новому куті нахилу без зміни їх стану. Але проблема полягає в тому, що випромінювання від електронних пучків, що використовується в ПЕМ, обмежує число можливих проекцій від одного об'єкта, так як воно «руйнує» структуру досліджуваного зразка, змінюючи форму і положення атомів. Іншим недоліком методу є складність його технологічного виконання, а саме можливості узгодженого способу зразків уздовж загальної осі на атомному рівні точності. Нарешті, зразки не можуть бути нахилені за межами ± 79 °, що означає, що дані не можуть бути отримані з «відсутнього оптичного клина».
Jianwei Miao і його колеги змогли подолати всі ці проблеми, застосувавши новий метод вирівнювання завдяки итерационной технології томографической реконструкції та використання скануючого просвічує електронного мікроскопа з кільцевих темним полем (ADF-STEM). Використання абераційні-коригувальних електронних лінз в просвічує електронному мікроскопі дозволило дослідникам UCLA значно поліпшити як роздільну здатність, так і якість зображення. Дозвіл, яке удалость досягти американським вченим, при виявленні 3D-зображення, склало менше 0,5 Å.
«У нашій новій роботі, ми об'єднали метод EST з іншого нашою ідеєю - можливістю вирівнювання проекцій відносно центру мас частинок, що значно скорочує статистичні розрахунки. Для отримання 3D-зображення наночастинки золота на атомному рівні ми використовували всього 69 проекцій », - пояснив Jianwei Miao.
Наночастинок золота в 3D поданні
На думку вчених, їх загальний метод може бути застосований для визначення локальної 3D структури кристалічних, полікристалічних і навіть невпорядкованих наноматеріалів на атомному рівні. Також це може допомогти поліпшити просторова роздільність і якість зображення при проведенні електронної томографії біологічних зразків.
Досвід навчання в області нанотехнологічного технопідприємництво
У цьому опитуванні ми просимо поділитися досвідом і Вашим ставленням до нанотехнологічної технопідприємництво і суміжних галузей. Заранее спасибо за Вашу небайдужість!
Проектна робота
Сьогодні стає все більш популярною так звана проектна робота школярів, однак на цей рахунок є дуже різні думки. Ми були б вдячні, якби Ви висловили коротко свою думку з цього приводу шляхом голосування. Заздалегідь вдячні!