超快体电子显微镜基本原理

我们做出了多项改进使Delmic 超快体电子显微镜中的高通量成像成为可能。它是目前唯一能够通过扫描电子透射显微镜（STEM）形成图像的电镜系统。

在此STEM系统中，图像是通过使用光学STEM概念形成的，其中样本直接放置在载体闪烁体上。载流子充当传输的电子到光子的转换器，产生的光子数量取决于样本厚度。较厚或更稠密的样本将导致更多的电子从样本表面和闪烁体逸出，从而导致较低的光产生。因此，图像中的对比度是由样本中密度的局部差异产生的。

进一步捕获所产生的局部阴极发光，并且通过使用光学显微镜使图像可视化。阴极发光点由从单个场发射器源创建的64个单独的子束形成。这些光束将扫描样本，并使用快速且高度灵敏的多像素光子计数器（MPPC）阵列并行记录信号。

检测设置可以有效地用于短至400 ns的各种驻留时间，从而获得高图像通量。与检测二次（SE）电子和反向散射（BSE）电子的电镜检测模式相比，STEM成像可产生更高的对比度和出众的信噪比（SNR）。因此，它使超快体电子显微镜非常适用于生物材料的成像。

超快体电子显微镜的独特性

• 通过透射电子检测获得的图像具有高分辨率、纳米级精度和高对比度
• 易于采集，可连续运行至少3天
• 基于100 ns停留时间，4 nm像素的高持续通量
• 平均300 Mpx / s，最高640 Mpx / s
• 平均8 Gbit / s，峰值10.2 Gbit / s

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超快体电子显微镜可用于探索细胞结构，神经元回路的相互作用以及生命科学中任何生物材料的分析。

大体积三维立体成像（3D）

此模式可用于可视化大数据集并重建分析样本的3D结构。该功能对于生物标本至关重要，因为生物过程很少以2D形式发生。因此，相关研究领域对于帮助研究3D样本的技术产生了日益激增的兴趣。 三维立体结构重建的可能性以及纳米尺度分辨率的大样本成像极大地促进了体积电磁学的发展。

大体积成像在连接组学领域得到了许多应用，在连接组学中，神经元分布在整个大脑甚至整个人体的远距离上都能被跟踪。

应用：神经生物学，细胞生物学，组织学，植物生物学，生物膜分析和食品工程。

大规模二维成像 (2D)

这种用于研究大数据集的模式启用了一种无偏差的数据收集方法，并且对于大样本而言比手动搜索该部分中能够支持假设的结构更为有效。

高通量功能非常适合需要对大量样本进行成像的研究，例如：比较突变体或药物治疗。为了实现科学数据的准确性和假设概率，需要对数百个样本进行成像以使其具有代表性的采样大小。这将需要对数百个样本进行耗时且繁琐的电镜操作。

应用范围：数字病理学，组织细胞，生物材料和软物质的分析。

 “超快体电子显微镜”之所以能被称作“超快”

它能以指数倍地速度加快日常设施工作。此模式将使电镜设施可以更快地分析现有样本并最大程度的减少人员的手动工作量。

未经事先处理，由于各种原因，生物样本通常与电子显微镜不兼容。最常见的一种是样本在电子束下不稳定，真空暴露以及它们自身的对比度很小。此外，样本不导电，因此成像可能会因充电而失真。我们能够通过使用几种处理方法使样本适合成像并保留代表样本原始状态的形态。这种样本制备方法在电镜中很常见，而应用在Delmic的超快体电子显微镜中只需很少的改动即可使用。

稳定电镜样本的常用方法是用醛类交联化学物质固定材料，用丙酮或乙醇去除所有水分，然后嵌入Epon™或Durcupan™等树脂中。这些树脂为标本提供支撑并实现一致的切片，这对于大规模和体积成像至关重要。

为了获得良好的对比度，大多数生物标本都用重金属（四氧化os，乙酸铀酰）染色，以增强电镜中细胞器、蛋白质复合物和膜的可见性。染色后再进行树脂包埋和切片。对于超快体电子显微镜技术，样本需要足够薄（<100 nm），使得电子能够传输到下面的闪烁体中。用超薄切片机从树脂块的表面切下超薄部分，并转移到闪烁体表面。

通常，在沉积到基材上之后，将部分涂上导电涂层。由于超快体电子显微镜基材预先涂有导电钼层，因此在将样本装入显微镜之前不需要进一步处理。

基本操作范本至少涉及以下步骤：

• 用固定剂如戊二醛和多聚甲醛对样本进行化学固定
• 用重金属（例如，铅和铀）染色
• 用梯度乙醇或丙酮系列脱水样本
• 样本的树脂包埋
• 用超薄切片机将嵌入样本切成薄片
• 将切片放在闪烁体上

这些上述步骤是生物SEM / TEM样品制备中的标准操作。因此，不需要昂贵的设备。

需要注意，操作时穿上防护服并在通风橱中工作，因为过程中所使用的化学药品是有毒的。