Los científicos del Centro Ernst Ruska en Forschungszentrum Jülich usaron un microscopio electrónico de transmisión para registrar casi 3500 imágenes en 3.5 segundos para la reconstrucción de un tomograma electrónico 3D. Anteriormente, se requerían de 10 a 60 minutos y una dosis de electrones diez veces mayorpara grabar tales secuencias de imágenes. La nueva capacidad es particularmente adecuada para examinar células biológicas, bacterias y virus, cuya estructura puede ser dañada por el haz de electrones. Además, permite procesos dinámicos, tales como reacciones químicas y fenómenos de conmutación electrónica.visualizado en tiempo real en tres dimensiones con precisión subnanométrica. Los hallazgos han sido publicados en la revista Scientific Reports.
La tomografía electrónica está relacionada con la tomografía computarizada, que se ha vuelto indispensable en la investigación y los estudios clínicos. Los tomogramas electrónicos pueden obtenerse a partir de volúmenes mucho más pequeños que con las técnicas basadas en rayos X. La resolución espacial tridimensional de la tomografía electrónica es la más alta posiblecon la tecnología actual. El método es especialmente adecuado para estudiar virus y bacterias para facilitar el desarrollo de medicamentos, o para obtener imágenes de las estructuras de nanomateriales novedosos para aplicaciones que van desde la nanoelectrónica hasta la tecnología energética.
"La capacidad de acelerar la adquisición de imágenes y reducir la dosis de radiación abre nuevos horizontes, particularmente en las ciencias de la vida y la investigación de materia blanda, mediante tomografía electrónica", dice el profesor Rafal Dunin-Borkowski. En esta técnica, se utiliza un microscopio electrónico de transmisiónpara grabar imágenes de una región de tamaño submicrométrico desde diferentes ángulos en rápida sucesión.
"Las imágenes individuales no muestran secciones transversales de la muestra. En cambio, la información de diferentes profundidades en su interior se superpone, similar a una imagen de rayos X, y se proyecta en un plano", explica el Director de Ernst Ruska-Centre, quien también es Director del Instituto de Investigación de Microestructuras PGI-5 en el Instituto Peter Grünberg de Jülich. Por esta razón, los algoritmos son necesarios para que una computadora calcule una reconstrucción tridimensional del objeto a partir de la serie de imágenes.
La resolución que se puede lograr está limitada por el efecto destructivo del haz de electrones en la muestra. Las muestras biológicas blandas, en particular, toleran solo un número limitado de imágenes. Sus estructuras sensibles, por ejemplo, las proteínas, son rápidamentedestruidos por electrones de alta energía. Para reducir la dosis de electrones, los investigadores del Centro Ernst Ruska equiparon su microscopio electrónico con un nuevo detector. Esta cámara de detección de electrones registra directamente los electrones entrantes, sin necesidad de convertirlos en fotones,es decir, la luz: la práctica habitual de hoy.
"La última generación de chips detectores tiene una sensibilidad muy alta, lo que significa que para la misma calidad de imagen es suficiente una dosis de haz de electrones dos o tres veces menor", explica el Dr. Vadim Migunov, del Centro Ernst Ruska y Peter de JülichInstituto Grünberg. Sus colegas del Instituto Central de Ingeniería, Electrónica y Análisis de Jülich ZEA-2 ayudaron a desarrollar la electrónica en el chip, lo que garantiza una velocidad de lectura de datos rápida y, por lo tanto, tasas de grabación extremadamente rápidas.
Primeras pruebas con nanotubos y catalizadores Para probar la técnica mejorada, Vadim Migunov, junto con sus colegas del Centro Ernst Ruska, examinaron un nanotubo de lantánido inorgánico usando el nuevo sensor. Estas estructuras son actualmente interesantes porque pueden ser interesantesAdecuado para la generación de electricidad a partir del calor residual o como nuevas fuentes de luz y catalizadores. Con una velocidad de registro de aproximadamente 1000 imágenes por segundo, la tomografía electrónica ahora se puede utilizar para observaciones a nanoescala de procesos rápidos como reacciones químicas que involucran catalizadores, procesos de crecimiento de cristales o fasetransiciones ", explica Vadim Migunov.
Los estudios con una mejor resolución temporal y espacial podrían ayudar a revelar por qué la funcionalidad de los nanocatalizadores se pierde con el tiempo. Las nanopartículas catalizadoras se pueden usar para producir hidrógeno y separar gases nocivos de efecto invernadero. Su eficiencia depende principalmente de cómo están dispuestos los átomos en las superficies sobre las cualeslas reacciones químicas tienen lugar
La nueva técnica tiene ventajas adicionales. Solo se necesitan unos segundos de tiempo de computación para registrar y reconstruir la estructura tridimensional de una muestra en una computadora. El tiempo requerido es muy corto y los científicos pueden observar experimentos no solo en 3Dpero también casi "en vivo"
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Materiales proporcionado por Forschungszentrum Juelich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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