Sol Gruner, deixou, professor de física, e David Muller, professor de física aplicada e engenharia. Crédito:Chris Kitchen / University Photography
O microscópio eletrônico, uma ferramenta poderosa para a ciência, tornou-se ainda mais poderoso, com uma melhoria desenvolvida por físicos Cornell. Seu detector de matriz de pixel de microscópio eletrônico (EMPAD) produz não apenas uma imagem, mas uma riqueza de informações sobre os elétrons que criam a imagem e, a partir desse, mais sobre a estrutura da amostra.
"Podemos extrair cepas locais, inclina, rotações, polaridade e até mesmo campos elétricos e magnéticos, "explicou David Muller, professor de física aplicada e engenharia, que desenvolveu o novo dispositivo com Sol Gruner, professor de física, e membros de seus grupos de pesquisa.
O Centro de Licenciamento de Tecnologia (CTL) da Cornell licenciou a invenção para a FEI, um fabricante líder de microscópios eletrônicos (uma divisão da Thermo Fisher Scientific, que fornece produtos e serviços para as ciências da vida através de várias marcas). A FEI espera concluir a comercialização do projeto e oferecer o detector para microscópios eletrônicos novos e adaptados este ano.
"É estonteante contemplar o que pesquisadores de todo o mundo descobrirão por meio desta combinação da profunda experiência de Cornell em ciência de detectores com o líder de mercado Thermo Fisher Scientific, "disse Patrick Govang, oficial de licenciamento de tecnologia na CTL.
Os cientistas descreveram seu trabalho na edição de fevereiro de 2016 da revista. Microscopia e Microanálise .
No microscópio eletrônico de transmissão de varredura usual (STEM), um feixe estreito de elétrons é disparado através de uma amostra, digitalizando para frente e para trás para produzir uma imagem. Um detector abaixo lê a intensidade variável dos elétrons que passam e envia um sinal que desenha uma imagem na tela do computador.
Um microscópio eletrônico de transmissão de varredura, deixou, dispara um feixe estreito de elétrons através de uma amostra, digitalizando para frente e para trás para produzir uma imagem. O detector de matriz de pixels, direito, lê o ponto de aterrissagem e daí o ângulo de espalhamento de cada elétron, dando informações sobre a estrutura atômica da amostra.
O EMPAD que substitui o detector usual é composto por uma matriz 128x128 de pixels sensíveis a elétrons, cada 150 mícrons (milionésimos de metro) quadrado, ligado a um circuito integrado que lê os sinais - algo como a matriz de pixels sensíveis à luz no sensor de uma câmera digital, mas não para formar uma imagem. Seu objetivo é detectar os ângulos em que os elétrons emergem, conforme cada elétron atinge um pixel diferente. O EMPAD é uma derivação de detectores de raios-X que os físicos construíram para o trabalho de cristalografia de raios-X na Fonte Síncrotron de Alta Energia Cornell (CHESS), e pode funcionar de maneira semelhante para revelar a estrutura atômica de uma amostra.
Combinado com o feixe focalizado do microscópio eletrônico, o detector permite que os pesquisadores construam um mapa "quadridimensional" da posição e do momento dos elétrons conforme eles passam por uma amostra para revelar a estrutura atômica e as forças internas. O EMPAD é incomum em sua velocidade, sensibilidade e ampla gama de intensidades que pode registrar - desde a detecção de um único elétron até feixes intensos contendo centenas de milhares ou mesmo um milhão de elétrons.
"Seria como tirar uma fotografia de um pôr do sol que mostrasse tanto os detalhes da superfície do sol quanto os detalhes das sombras mais escuras, "Muller explicou.
A melhoria também é emocionante para os cientistas da vida, porque coletar todos os elétrons espalhados torna o instrumento muito mais sensível, usando uma exposição menos intensa para obter uma imagem e limitando os danos a um espécime vivo.
"O EMPAD registra um quadro de imagem em menos de um milissegundo e pode detectar de um a um milhão de elétrons primários por pixel, por quadro de imagem, "Muller explicou." Este é 1, 000 vezes a faixa dinâmica, e 100 vezes a velocidade dos sensores convencionais de imagem de elétrons. "
"Agora podemos ter uma visão melhor dos processos dentro das células intactas, "disse Lena Kourkoutis, professor assistente de física aplicada e engenharia. A baixa dose de radiação permite múltiplas exposições, para fazer "filmes" em intervalos de tempo de processos celulares ou para ver o mesmo espécime de diferentes ângulos para obter uma imagem 3-D mais nítida. Kourkoutis planeja usar essas técnicas em trabalho com o novo Centro Cornell para a Física do Metabolismo do Câncer, ver como o câncer progride de célula para célula.
Os pesquisadores testaram seu primeiro EMPAD instalando-o em uma porta sobressalente em um microscópio FEI de última geração. O protótipo é usado intensivamente para experimentos no Cornell Center for Materials Research.
