Las ciencias físicas y biológicas requieren cada vez más la capacidad de observar objetos de tamaño nanométrico. Esto se puede lograr con la microscopía electrónica de transmisión TEM, que generalmente se limita a las imágenes en 2D. El uso de TEM para reconstruir imágenes en 3D generalmente requiere inclinar la muestra a través deun arco para obtener imágenes de cientos de vistas y necesita un procesamiento de imágenes sofisticado para reconstruir su forma 3D, creando una serie de problemas. Ahora, los científicos de EPFL han desarrollado un método de microscopía electrónica de transmisión STEM que genera imágenes 3D rápidas y confiables de curvas curvilíneasestructuras a partir de una orientación de muestra única. El trabajo se publica en Informes científicos .
Los laboratorios de Cécile Hébert y Pascal Fua en EPFL han desarrollado un método de microscopía electrónica que puede obtener imágenes en 3D de estructuras curvilíneas complejas sin necesidad de inclinar la muestra. La técnica, desarrollada por el investigador de EPFL Emad Oveisi, se basa en una variación de TEMllamado exploración TEM STEM, donde un haz enfocado de electrones explora la muestra.
La novedad del método es que puede adquirir imágenes en una sola toma, lo que abre el camino para estudiar muestras dinámicamente a medida que cambian con el tiempo. Además, puede proporcionar rápidamente un "sentido" de tres dimensiones, tal como lo haríamostener con un cine en 3D.
"Nuestros propios ojos pueden ver representaciones en 3D de un objeto combinando dos perspectivas diferentes del mismo, pero el cerebro todavía tiene que complementar la información visual con su conocimiento previo de la forma de ciertos objetos", dice Hébert. "Pero en algunosEn los casos con TEM sabemos algo sobre la forma que debe tener la estructura de la muestra. Por ejemplo, puede ser curvilínea, como el ADN o los misteriosos defectos que llamamos 'dislocaciones', que rigen las propiedades optoelectrónicas o mecánicas de los materiales ".
El enfoque clásico
TEM es una técnica muy poderosa que puede proporcionar vistas de alta resolución de objetos de unos pocos nanómetros de ancho, por ejemplo, un virus o un defecto de cristal. Sin embargo, TEM solo proporciona imágenes en 2D, que no son suficientes para identificar el 3Dmorfología de la muestra, que a menudo limita la investigación. Una forma de evitar este problema es adquirir imágenes consecutivas mientras se gira la muestra a través de un arco de inclinación. Las imágenes se pueden reconstruir en una computadora para obtener una representación 3D de la muestra.
El problema con este enfoque es que requiere una precisión extrema en cientos de imágenes, lo cual es difícil de lograr. Las imágenes 3D generadas de esta manera también son propensas a los artefactos, que son difíciles de eliminar después. Finalmente, tomar múltiples imágenes conTEM requiere disparar un haz de electrones a través de la muestra cada vez, y la dosis total puede afectar la estructura de la muestra durante la adquisición y producir una imagen falsa o corrupta.
El nuevo enfoque
En el método STEM desarrollado por los investigadores, la muestra se detiene mientras el microscopio envía dos haces de electrones inclinados uno contra el otro, y dos detectores se utilizan simultáneamente para registrar la señal. Como resultado, el proceso es mucho más rápido que el anteriorTécnica de imagen TEM 3D y casi sin artefactos.
El equipo también utilizó un sofisticado algoritmo de procesamiento de imágenes, desarrollado en colaboración con CVlab de Fua, para reducir la cantidad de imágenes necesarias para la reconstrucción 3D a solo dos imágenes tomadas en diferentes ángulos de haz de electrones. Esto aumenta la eficiencia de la adquisición de datos y 3Dreconstrucción en uno o dos órdenes de magnitud en comparación con las técnicas TEM 3D convencionales. Al mismo tiempo, evita cambios estructurales en la muestra debido a altas dosis de electrones.
Debido a su velocidad e inmunidad a los problemas con los métodos TEM estándar, este método de "imagen electrónica en 3D sin inclinación" es de gran ventaja para estudiar materiales sensibles a la radiación, policristalinos o magnéticos. Y porque la dosis total de electrones se reduce aun solo escaneo, se espera que el método abra nuevas vías para la obtención de imágenes de electrones en 3D en tiempo real de material dinámico y procesos biológicos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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